Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды.
Откуда пауки берут паутину?
Известно, что паутина не гниёт долгое время. Процесс разложения может длиться днями и неделями. Ранее специалисты предполагали, что долгое разложение паутины связано с её антибактериальными свойствами. Однако в результате исследования, проведённого учёными из Тунхайского университета, была выявлена другая причина.
Но полипептидные цепи в каждой паутинной нити переплетены столь необычным образом, что обрели почти рекордную прочность. Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747».
Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины. Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет. При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка.
Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка. Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, — не получится! Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон.
Биологи искали повторяющиеся домены в структуре протеина и нашли два вида. Первый — случайные катушки, составляющие 65 процентов; второй — конформация polyproline type II helix PPII helix , занимающая 24 процента. По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Это открытие поможет в создании крепких материалов, которые пригодятся в промышленности и медицине.
Так, паутина, из которой изготавливается яйцевой кокон, никогда не бывает клейкой; она также имеет ряд и других особенностей, например, цвет. Паутина для ловчих сетей — иного свойства. Выделяя ее, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных бородавок, расположенных на задних сегментах брюшка. Делает он это при помощи задних ног, но чаще просто прижимает бородавки к субстрату. При этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к нему. Когда затем животное удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто вытягивается в быстро затвердевающие нити. Этим можно воспользоваться, наматывая выделяющуюся пауком паутину на специальное приспособление. Основу паутинного шелка, как и шелка гусениц, составляет не растворяющийся в воде протеид фиброин.
Паутина пауков
| Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука? | Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. |
| Сверхэластичный и прочный материал: ученые создали аналог паутины, на 98% состоящий из воды | Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. |
| Как пауки делают паутину | Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. |
| Паутина. Большая российская энциклопедия | Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. |
| Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука? | Как паук плетет паутину, этим вопросом часто задаются при виде удивительной ловчей сети. |
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Правда и с геномным редактором пришлось немало поработать. Ввести в геном бактерии полный ген, отвечающий за производство паутины, не удалось, и ученым пришлось «разрубить» этот ген на несколько частей и ввести его по кусочкам. Затем этот разделенный ген собрался уже непосредственно в геноме бактерии и изменил ее свойства и возможности.
Потом ее промыли. Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться. Таким образом врачи смогут проверять, как проходит заживление ран после операции», — объяснила ведущий автор исследования Елизавета Мальцева.
Колесников Андрей Опубликовано в Наука Теги паутина Главное за сутки В военной доктрине Белоруссии прописали помощь союзникам Белоруссия сможет предоставить военную помощь союзникам в случае агрессии против них, говорится в военной доктрине, утвержденной в среду Всебелорусским народным собранием и опубликованной на национальном правовом интернет-портале. Исследование, опубликованное на портале Nature Communications NC , включало в себя анализ… SCMP: создана РЛС для обнаружения самолётов-невидимок Китайские ученые совершили прорыв в области обнаружения невидимых для радаров американских самолетов, таких как F-22, F-35 и B-21, что создает серьезную угрозу для военного превосходства США в регионе Тихого океана. Хотя некоторым удается ограничиться незначительным увеличением, для большинства это становится серьезной проблемой.
Нити состоят из паутинного шелка — каркаса — и углеродных точек — наполнителя. Отследить очаг заражения очень сложно, так как он скрыт под кожей. Образцы паутинного шелка без наноточек слева и с ними справа.
Новый материал биосовместимый и биоразлагаемый: швы безвредно разрушаются сами.
Паутина пауков: образование, состав, физические свойства
Точный механизм полученного эффекта ученым еще не известен. В то же время наиболее вероятным объяснением может служить гипотеза о том, что атомы металла заменяют водородные связи между белками, формируя более прочные взаимодействия в волокнах. Результаты этого исследования, проведенного в Институте Микроструктурной Физики Макса Планка Max Planck Institute of Microstructure Physics, Германия , были благосклонно встречены научным сообществом и опубликованы в журнале Science. Ученые видят высокий потенциал нового метода упрочнения и повышения эластичности как конструкционных, так и биоматериалов. Работа затрагивает в первую очередь белковые структуры — уже появились идеи применить новый метод к коллагеновым волокнам — важным элементам костной ткани и кожи.
В основе нити паутины лежит особая белковая структура. Ее первичный повторяющийся «мотив» — аминокислотная последовательность.
Ученые нашли 394 таких мотива. Последовательности на втором уровне складываются в нечто вроде «кассет» уникальные варианты мотивов, повторяемых от двух до четырех раз , а на их основе на третьем уровне ученые выделили целые ансамблевые повторы. Такая трехуровневая организация белков паутины с повторяющимися элементами оказывается тесно связанной с функцией разных типов нитей. То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков. Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны.
Например, нить ловчей сети обыкновенного крестовика почти в 2! Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Она не превышает 10 микрон, тогда как у гусеничного шелка колеблется в пределах 13—26, а у вискозного — не ниже 40. У большинства же пауков нить еще тоньше и составляет 2—3 микрона! Выделение паутинных нитей полностью контролируется центральной нервной системой паука.
В зависимости от обстоятельств он может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета. Так, паутина, из которой изготавливается яйцевой кокон, никогда не бывает клейкой; она также имеет ряд и других особенностей, например, цвет. Паутина для ловчих сетей — иного свойства.
Особенность этой формы не в плетении паутины, а в ее расположении. Пауки-гладиаторы плетут небольшую сеть, размещая ее между передних ног. Готовой ловушкой они накрывают насекомых, оказавшихся поблизости. От конструкции сети будет зависеть, как именно и как долго паук плетет паутину между деревьями или другими опорами. Откуда берется паутина у паука? Если говорить очень обобщенно и образно, то паук делает паутину также как делают сахарную вату.
В брюшке членистоногого собирается секрет, который образуется во внутренних паутинных железах. Есть 6 типов паучьих желез, в которых производятся нити, предназначенные для различных целей, например, для создания кокона, для плетения основы сети, для крепления паутины, для покрытия основы. Набор желез у пауков различных видов отличается. Обматывание паутиной жертвы В нижней части брюшка паука находятся паутинные бородавки — подвижные парные выросты, которые у некоторых видов выполняют также функцию органов осязания. Поверхность выростов покрыта мелкими волосками. Это паутинные трубочки, каждая из которых является внутренним протоком железы. Именно из этих трубочек и выходит паутина. Участок, на котором расположены трубочки, называется паутинным полем. Помимо трубочек, паутина выделяется через хитиновые конусы, которые также находятся на поверхности бородавок.
Эти конусы имеют больший диаметр и являются протоками более крупных желез. Выделение паутины контролирует нервная система паука, регулируя липкость, толщину, даже оттенок цвета. Роль и значение паутины в жизни паука Бесспорно, в первую очередь паутина нужна паукам для того, чтобы охотиться. В сплетенную сеть попадают насекомые, которые составляют основной рацион питания паукообразных. Но паутина — это не только средство для ловли добычи. В жизни пауков она выполняет множество самых разнообразных функций: Создание кокона. Самка сплетает из паутины прочные и удобные коконы, в которые откладывает яйца. После вылупления маленькие паучки проводят в этом коконе первые недели своей жизни, чувствуя себя вполне защищенными от внешней среды и врагов.
Исследование показало, почему паутина не гниет
Говорят также, что стареющей британской королеве Виктории китайское посольство преподнесло целую мантию из такого материала. Трудно сказать, насколько этим легендам можно верить, и какую долю в этих тканях на деле составляла паучья нить, но смысл во всём этом есть. В подходящих условиях паутинка может выдержать натяжение, в несколько раз большее, чем максимальное натяжение стальной нити того же диаметра, будучи при том в несколько раз легче. Например, паутинка толщиной в 1 мм должна, по идее, удерживать человека; как тут не порадоваться, что пауки не плетут такой паутины. Эластичность, прочность и лёгкость паутины заставляют многих инженеров мечтать о создании подобного ей синтетического материала — или хотя бы научиться производить натуральную паутину в промышленных масштабах. Более того, такие опыты уже проводятся: выведены козы, в ДНК которых есть гены паучьей паутины, а в молоке оказывается большое количество таких белков — правда, в не сплетённой в нить форме. Теперь группа немецких физиков и химиков из Института физики микроструктур имени Макса Планка показала, что паутину можно сделать ещё крепче и эластичнее. Особая обработка превращает натуральную паутину в супернить, которая прочнее в 5 раз и «растяжимее» втрое.
Пауков даже собирались запустить в космос для исследования влияния микрогравитации на рисунок паутины. Однако больше всего загадок таило вещество, из которого состоит паутина. Паутина, как наши волосы, шерсть животных, нити шелковичных червей, состоит в основном из белков. Но полипептидные цепи в каждой паутинной нити переплетены столь необычным образом, что обрели почти рекордную прочность. Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747». Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины. Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет. При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка. Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом?
Однако в результате исследования, проведённого учёными из Тунхайского университета, была выявлена другая причина. Специалистами была изучена паутина трёх тропических пауков - Nephila pilipes, Cyrtophora moluccensis и Hippasa holmerae. В ходе эксперимента учёные поместили паутину в чашки Петри и вырастили на ней четыре вида бактерий, которые вступили в контакт с секретом. Так было доказано отсутствие антибактериальных свойств паутины.
Дело в том, что когда он намокает, то вдоль гладкого волокна шёлка начинают формироваться неровности с грубой структурой. В результате возникает разница в текстуре шёлка, которая и создаёт разницу в давлении и энергии, за счёт которых вода направляется к этим неровностям. Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. На сегодняшний день специалисты хотят создать недорогие биоматериалы, которые могли бы имитировать структуру натурального паучьего шёлка. Учёные при помощи этих материалов планируют собирать влагу, которая возникает из-за тумана в засушливых районах.
Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука?
| Паутина паука: как плетёт, где она образуется, откуда выходит, роль паутины в жизни паука? | Вот точно так же делает паутину паук. |
| Как паук плетет паутину, состав паутины паука | Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. |
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться. |
Структура, состав и виды паутины
Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. «Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами. Среди ученых далеко не новость, что паутина состоит из нановолокон.
Откуда пауки берут паутину?
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. |
| Из чего сделана паутина? - Надо знать 2024 | "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон. |
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. О том, из чего состоит (сделана) паутина, а также какова толщина, прочность и состав нити. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.