из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. В петербургском университете ИТМО создали новый флуоресцентный материал для медицинских швов, позволяющий в режиме реального времени отследить заражение ран патогенами. Нити состоят из паутинного шелка — каркаса и углеродных точек — наполнителя. Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином.
Структура, состав и виды паутины
В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается. «Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами. Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Обработка волокон по классической методике ALD с образованием оксидов металлов на поверхности не привела к существенному упрочнению материала. Тогда, несколько изменив методику, ученым удалось добиться проникновения ионов металлов внутрь волокна, а также встраивания металла в его белковую структуру. Такой паучий шелк стал в 10 раз более прочным, и существенно эластичнее исходного природного материала. 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.
Но после взаимодействия с патогенами он перестаёт светиться.
Таким же образом врачи могут проверять, как проходит заживление ран после операции: если при световом тесте материал сохраняет флуоресцентные способности, всё в порядке, если нет — скорее всего, в тканях идёт воспалительный процесс», — объяснила автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева. Образцы паутинного шёлка без наноточек слева и с ними справа. NEWS Исследователи уже провели эксперименты в лабораторных условиях. Они нанесли на материал три самых распространённых патогена — кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре.
Учёные планируют внедрить свою разработку в производство.
Через примерно полминуты вода испаряется, оставляя крепкое эластичное волокно. Хотя полученный материал не дотягивает по прочности до паутины, его ключевое отличие в других экспериментальных материалов в натуральности и нетоксичности всех его элементов. Кроме того, его можно изготавливать при комнатной температуре.
Оказалось, что мицеллы имеют более сложную структуру, а сборка белка происходит намного запутаннее, чем предполагалось ранее. Ученые смогли дополнить и модифицировать теорию мицелл. Если исследователи смогут повторить процесс в лабораторных условиях и синтезировать искусственную паучью нить, применение такого материала будет практически безграничным: от текстиля для военных до сооружения мостов. Читайте также:.
Как паутина может собирать воду
| Как пауки делают паутину | Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. |
| Из чего сделана паутина? Как она устроена - - онлайн журнал | Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез. |
| Из чего сделана паутина? » Мурзим | В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. |
| Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины | Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? |
| Металлическая паутина: сделано в Германии » Интересные новости | Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы. |
Структура, состав и виды паутины
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Вот точно так же делает паутину паук. |
| Российские ученые сделали из паутины нити для медицинских швов | В итоге специалисты пришли к выводу, что содержащийся в паутине азот делает её неудобной пищей для бактерий. |
| Волокна искусственной паутины прочнее стали и крепче кевлара | Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. |
| Telegram: Contact @academicpavlov | Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. |
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутина в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее. Но едва ли не большая загадка — это как пауки её делают. Известно, что паутина состоит из белков, называемых спидроинами, которые изначально находятся в растворе, а потом как-то превращаются в твёрдую нить. Превращение происходит опять же в водном растворе то есть белки не обезвоживаются , при обычной температуре и при том довольно быстро. Что же заставляет растворённые паутинные белки превращаться в твёрдую и гибкую нить? Спидроины — белки довольно крупные, состоящие в среднем из 3 500 аминокислот, большей частью организованных в повторяющиеся последовательности. Наиболее важными для создания паутинной нити являются аминокислоты на концах полипептидной цепи, и у разных пауков концевые последовательности спидроинов сходны между собой.
Как правило, круглая паутина подвешивается в вертикальном положении и имеет часть клейких нитей, что не позволяет выбраться из неё насекомому.
Плетение такой сети осуществляется в определенной последовательности. На первом этапе изготавливается внешняя рамка, после чего выполняется прокладка радиальных волокон от центральной части к краям. Спиральные нити вплетаются в самом конце. Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной. Информация о наличии добычи в такой ловушке поступает к «охотнику» посредством специально вплетаемых сигнальных нитей. Появление каких-либо разрывов в такой паутине вынуждает паука заниматься плетением новой сети. Старая паутина, как правило, поедается членистоногими. Прочная паутина Такой вид паутины присущ для пауков-нефилов, широко распространённых на территории Юго-Восточной Азии.
Построенные ими ловчие сети часто достигают в диаметре пару метров, а их прочность позволяет легко выдерживать вес взрослого человека. Такие пауки ловят в свою прочную паутину не только обычных насекомых, но и некоторых мелких птиц. Как показывают результаты исследований, пауками такого вида может вырабатываться порядка трёх сотен метров паутинного шёлка ежедневно. Паутина-гамак Маленькие, круглые «пауки-монетки» плетут одну из самых сложных паутинных конструкций. Такими членистоногими ткутся плоские сети, на которых паук располагается и ожидает свою добычу. От основной сети вверх и вниз отходят специальные вертикальные нити, которые прикрепляются к расположенной поблизости растительности. Любые летающие насекомые быстро запутываются в вертикально сплетенных нитях, после чего падают на плоскую паутину-гамак. Вернуться к содержанию Использование человеком Человечеством скопировано множество конструктивных природных находок, но плетение паутины относится к очень сложным естественным процессам, и качественно воспроизвести его на данный момент, так и не удалось.
В настоящее время ученые пытаются воссоздать природный процесс при помощи биотехнологии, основанной на выделении генов, которые ответственны за воспроизводство белков, входящих в состав паутины. Такие гены внедряются в клеточный состав бактерий или дрожжей, но моделирование самого процесса прядения на сегодняшний день является невозможным.
В 2011 году ученые наконец смогли продемонстрировать механизмы, за счет которых обеспечивается очень высокая жесткость паутины паука. Первая в мире искусственная паутина была представлена в 2013 году и получила название Biosteel. Волокна Biosteel получаются в результате процесса прядения. Согласно информации AMSilk, такие бионические волокна с высокими эксплуатационными характеристиками являются полностью биоразлагаемыми.
Компания отмечает, что, помимо этого, волокна напоминают шерсть тем, что они способны поглощать и передавать влагу, а также обладают антимикробными свойствами. Кроме того, волокна имеют высокую прочность и обладают эудермичными свойствами. Производитель заявляет, что сегодня не существует никакого другого природного материала, который бы имел большую прочность. Несущая способность таких волокон в 25 раз превышает несущую способность сопоставимой стальной проволоки.
Они набрасываются на добычу, как только та заденет одну из таких нитей. А есть пауки, которые плетут огромную беспорядочную паутину. Самые примечательные из них пауки вида Uloborus republicanus «общественные» — они совместными усилиями плетут общую сеть, которая достигает иногда гигантских масштабов. Ну а самая большая паутина в мире была обнаружена в 2007 году в национальном парке озера Тавакони США, штат Техас. Размер ее 180 метров!
Сделали ее пауки нескольких разных видов, которые обычно не сотрудничают, а даже враждуют друг с другом. Гигантская паутина в Техасе. Фото с сайта blogga. А ваш малыш хочет построить гигантскую паутину? Дайте ему катушку ниток и предложите натягивать их между всеми предметами в комнате только позаботьтесь о том, чтобы он не прикреплял нити к предметам, которые могут упасть. А потом, когда ловчая сеть будет готова, поиграйте с ним в паучка и муху, устроив догонялки с препятствиями среди этих нитей. Игра в паутину Задание 5. Весело было? Чтобы успокоиться и немного отдышаться, предложите малышу нарисовать свои красочные узоры для паутины.
Можно рисовать их просто из головы. А можно применить для этого специальную линейку — спирограф. С его помощью получаются очень интересные картинки. Но для того, чтобы их сделать, малышу понадобится терпение и умелые пальчики. Круг за кругом, как паук плетет паутину, надо плести узоры, вращая зубчатые колесики спирографа. Узоры на спирографе Задание 6. Азы английского языка. Этот вопрос мне прислала мама Юля и ее дочь Рита 7 лет. Чтобы я ответила и на ваши вопросы, вступайте в Клуб для этого надо всего лишь поставить его баннер на боковую панель блога, а если такого нет — то дать ссылку в любых соц.
Среди всех присланных вопросов, независимо от того, опубликовала я на них ответ или нет, я разыгрываю призы. Не пропустите! А также я приглашаю спонсоров к сотрудничеству с моим Клубом!!! Материалы по теме: Отряд Пауки. Биологическая энциклопедия.
Новости отрасли
И уже провели эксперименты в лабораторных условиях - нанесли на материал три самых распространённых патогена: кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре. Новую разработку планируют пустить в производство. Хирургические нити из этого материала помогут врачам оперативно выявлять появление патогенов на месте раны и вовремя останавливать развитие послеоперационной инфекции.
По данным научного издания Science Alert , недавно ученые из Университета Джона Хопкинса использовали камеру ночного видения и искусственный интеллект, чтобы проследить за каждой из восьми конечностей пауков во время плетения сети. По словам исследователя Эндрю Гордуса Andrew Gordus , во время прогулки с сыном он задумался: как крошечный мозг пауков позволяет им плести настолько сложные узоры? Расположение головного мозга паука В качестве подопытных животных они взяли шесть не ядовитых пауков вида Uloborus diversus. Они не вырастают больше нескольких миллиметров и обитают в США.
Используя инфракрасные камеры они снимали процесс плетения паутины. Так как обычному человеку было бы слишком сложно проследить за движением каждой конечности пауков, они обучили нейросеть отслеживать 26 точек: основание тела пауков, бедренную и большеберцовую кость каждой ноги, а также переднюю и самую заднюю точки тела. Паук вида Uloborus diversus Оказалось, что каждый паук плетет паутину по одному и тому же алгоритму. Объяснять каждое их движение нет смысла — это слишком долго и нудно, поэтому лучше просто посмотреть видео ниже. То, что движения конечностей у пауков одинаковы, означает, что инструкция по плетению ловушек заложена в них на генетическом уровне. В будущем ученые хотят узнать, какие именно участки мозга активируются у пауков во время плетения паутины.
Так как обычному человеку было бы слишком сложно проследить за движением каждой конечности пауков, они обучили нейросеть отслеживать 26 точек: основание тела пауков, бедренную и большеберцовую кость каждой ноги, а также переднюю и самую заднюю точки тела.
Паук вида Uloborus diversus Оказалось, что каждый паук плетет паутину по одному и тому же алгоритму. Объяснять каждое их движение нет смысла — это слишком долго и нудно, поэтому лучше просто посмотреть видео ниже. То, что движения конечностей у пауков одинаковы, означает, что инструкция по плетению ловушек заложена в них на генетическом уровне. В будущем ученые хотят узнать, какие именно участки мозга активируются у пауков во время плетения паутины. Видео от Университета Джона Хопкинса Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. У некоторых пауков есть опасные враги — жуки-убийцы вида Stenolemus. Недавно ученые узнали, что эти создания очень хитрым образом приближаются к паукам и съедают их.
Узнать подробности об этом открытии и посмотреть видео можно на нашем сайте.
Хукчейн Тогда Джей Ти решил создать систему крюков, которую он назвал хукчейн hookchain. Он перебрал десятки вариантов, пока с помощью формул не вывел идеальную форму, которая бы подходила для его паутины. Создав первый прототип гаджета, Джей Ти отправился в зал, чтобы испытать его с другом. Приятели устроили настоящий бой, воссоздав драку Спайдермена с условным преступником из Нью-Йорка. Джей Ти устроил настоящий бой К радости блогера, его паутина работала отлично. Она легко цеплялась за предметы в руках соперника и крепко связывала ему ноги.
Паутина легко цеплялась за предметы Вторым этапом проверки паутины стали, конечно же, полёты. Джей Ти выбрасывал нить впереди себя, цеплялся за перекладину и спокойно пролетал над матрасами. Полёт на паутине После всех проверок Джей Ти признал, что тест паутины прошёл ещё лучше, чем он рассчитывал.
Исследование показало, почему паутина не гниет
Среди ученых далеко не новость, что паутина состоит из нановолокон. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. Сам архитектор-охотник перемещается по своей паутине по расходящимся от центра неклейким нитям. По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых (например, гусениц тутового шелкопряда).
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
Чтобы разобраться, учёные тщательно изучили паутину и в дальнейшем даже создали искусственный аналог, который также обладал выдающимися "самонатягивающимися" свойствами. Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату.
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
Такой паучий шелк стал в 10 раз более прочным, и существенно эластичнее исходного природного материала. 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.
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. Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек.
Они сформировали растворимые протеины, используя генетически модифицированные бактерии пауков Nephila clavipes. Этот подход позволил изучить структуру растворимых белков. Секрет прочности оказался в специфической конформации домена белка. Биологи искали повторяющиеся домены в структуре протеина и нашли два вида.
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. Космическая паутина С новой методологией ученым удалось произвести всего два грамма паутины на литр модифицированных бактерий.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
При помещении в организм человека паутина не вызывает иммунного ответа и способна подавлять рост бактерий, и это свойство крайне интересует врачей и биоинженеров, поэтому для ученых важно разобраться в составе и структуре паутины. В ходе исследования биологи из университетов Пенсильвании, Вермонта и Огайо изучали пауков-кругопрядов Nephila clavipes , чей геном не уступает по размеру геному человека. У пауков определили 28 генов, кодирующих 28 структурных белков паутины — спидроинов. Часть из этих белков уже была известна, часть ученые открыли впервые. Спидроины были классифицированы по семи категориям в зависимости от их последовательностей и функций. Например, есть спидроины, которые делают паутину хорошо растяжимой, другие позволяют скреплять нити паутины друг с другом, а третьи делают ее особо липкой, чтобы ловить на нее добычу. В основе нити паутины лежит особая белковая структура.
В таком сочетании материал превосходит большинство искусственных волокон, а также естественных, включая нити паука-кругопряда. Более того, ученые убеждены, что запас для увеличения прочности материала еще большой: они работали всего с тремя амилоидными цепочками, а среди тысяч других могут скрываться еще более интересные комбинации. Тайну формирования сверхпрочных нитей из белка раскрыли в 2018 году исследователи из США, наблюдавшие за одним из самых ядовитых пауков — черной вдовой. Их работа открывает дорогу к созданию таких же прочных и легких синтетических материалов. Также по теме.
Новый материал биосовместимый и биоразлагаемый: швы безвредно разрушаются сами. Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек. Потом ее промыли. Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным.
Исследователи из группы Найта и Йоханссона обнаружил, что ключевым фактором, управляющим агрегацией N-концевого домена спидроина, является понижение уровня рН в прядильном аппарате паука. Спидроин представляет собой заряженный белок, в котором наличие у доменов противоположных по знаку зарядов позволяет им самоорганизовываться в димеры по принципу голова-к-хвосту. Если же значение pH становится ниже 6. Найт отмечает, что комбинация результатов обеих групп может рассматриваться как надежный фундамент для изучения паутины на молекулярном уровне. Весьма важно то обстоятельство, что при изучении спидроина обе группы подвергали белок таким же воздействием, каким он подвергается непосредственно в организме членистоногих. Источники: [1] Nature, 2010 DOI: 10.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
заменили на паутину 5 сантиметров нервной ткани на ее задней ноге. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает?