Прочная, упругая и эластичная: такие свойства делают паутину интересным материалом не только для биологов, но и для проектировщиков. Если ученые смогут воспроизвести кристаллическую микроструктуру, которая делает паутину такой особенной, то это откроет множество возможностей в производстве новых синтетических материалов, например, волноводов, или материалов.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Наука В природных условиях паутина разлагается чрезвычайно медленно, и до сих пор биологи не понимали, почему так происходит. Новое исследование позволило раскрыть тайну паутины. Часто бывает так, что листья и насекомые, угодившие в паутину, разлагаются гораздо быстрее, чем она сама.
Чтобы малыш понял это название, достаточно сказать ему, что логарифм — это такое слово из математики. Он его будет учить в школе. А вот витки второй, липкой, спирали расположены между собой всегда на одном и том же расстоянии. Эта спираль называется архимедова, в честь великого древнегреческого ученого Архимеда. Вот какой, оказывается, паук хороший математик! Задание 2.
Определяем вид спиралей. Попросите малыша среди других кривых на рисунке найти все спирали. Какие из них логорифмические, а какие архимедовы? Задание 3. Готовим руку к письму. А теперь предложите малышу самому сплести паутинку. Но ловчьи сети пауков бывают и другого вида. Например, пауки рода Argiope украшают свои сети зигзагообразными узорами, вплетенными в основные нити паутины.
Эти узоры особенно хорошо видны в ультрафиолетовом свете, что привлекает насекомых, так как обычно ультрафиолетовым им видятся всякие сладкие фрукты и т. Паутина Argiope. Фото из Википедии Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут маленькую сеточку между своих ног и набрасывают ее на пробегающее под ними насекомое. Паук Dinopidae spinosa Некоторые виды пауков пристраивают к круглой паутине еще и длинную лестницу. Фото с сайта lifecity. Паук в ловушке-воронке. Фото с сайта macroid. Они размахивают одной из нитей с липкой капелькой на конце и из засады набрасывают ее как аркан на свою жертву.
Норковые пауки прячутся в своей норке, предварительно растянув около нее сигнальные нити. 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!
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. Предлагаемый механизм формирования паутины.
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. Образуя нить, молекулы белков меняют пространственную структуру. Происходит это под влиянием градиента рН в паутинных железах пауков: в одном их конце кислотность выше, чем в другом, и в какой-то точке перепад рН заставляет спидроины приобретать особо прочную укладку. Детали процесса попытались выяснить Марлен Андерссон Marlene Andersson и её коллеги из Института сельскохозяйственных наук в Упсале и Каролинского института. Одновременно удалось выяснить, что в паутинном аппарате по мере приближения к выходу растёт концентрация бикарбонат-ионов остатков угольной кислоты и количество СО2. Дальнейшие эксперименты подтвердили предположение о карбоангидразе как создателе «паутинного» кислотного градиента. В статье в PLoS Biology авторы работы пишут, что кислотность среды по-разному влияла на разные концы молекулы спидроина.
Структура, состав и виды паутины
Строение паутины Как пауки ходят по паутине? Если паук наступит на ловчую сеть, он легко может в ней запутаться. Чтобы этого избежать, членистоногие касаются их только кончиками ног, которые покрыты большим количеством волосков — они уменьшают площадь контакта с клейкими веществами. Вдобавок к этому, конечности пауков обладают определенной долей маслянистости, что препятствует приклеиванию. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Пауки не запутываются в паутине, потому что знают, как правильно по ней ходить Как пауки создают сложную структуру паутины? 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.
Ключем к подобным метаморфозам стали целлюлозные нанофибриллы CNFs. Эти крошечные волокна собираются вместе, чтобы стенки клеток древесины были сильными и жесткими. Разобрав и собрав их по иному принципу, команда ученых получила столь необычный материал. Исследователи использовали проточную методику сборки. Её суть заключается в том, что дистиллированная вода течет в крайне узких протоках, шириной всего лишь 1 мм. Течение помогает CNF выстраиваться в правильном направлении и самоорганизовываться в плотно упакованные пучки. Полученный материал является прочным, жестким, легким.
В дальнейшем паук переплетает эти первичные нити в более толстое паутинное волокно. По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых например, гусениц тутового шелкопряда. Согласно одному из предположений различия обусловлены тем, что пауки формируют волокно, свисая на нём. Пойманную добычу пауки также часто заворачивают в сеть. У аранеоморфных пауков с ловчими сетями связано очень сложное брачное поведение. Перед размножением самцы плетут сперматическую сеточку, на которую выделяют каплю семенной жидкости для переноса её в резервуары цимбиумов копулятивных органов на кончиках педипальп.
Такие нити будут превосходить существующие аналоги по ряду характеристик и смогут сигнализировать о наличии патогенных микроорганизмов.
Об этом RT сообщили в пресс-службе вуза. Для разработки нового материала исследователи использовали паутину тигровых пауков. Они очистили её от продуктов жизнедеятельности насекомых, после чего поместили в реакционный аппарат автоклав для сольвотермального синтеза. Там на поверхности волокон паутины были синтезированы углеродные точки класс наночастиц. NEWS В результате учёные получили гибридный материал с уникальными оптическими свойствами, который может применяться при создании нитей для хирургических швов. По словам специалистов, нити на основе такого материала будут экологичнее, функциональнее и эластичнее, чем те, которые сейчас используются в хирургии.
Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины
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.
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. Блогер собирается и в дальнейшем улучшать супергеройский гаджет, так что новое видео не за горами. А полный процесс создания паутины и её испытания можно посмотреть прямо сейчас. Запасайтесь попкорном.
Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Пауки могут плести все эти виды паутины. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи. В последнюю очередь появляются густо заполняющие пустое пространство липкие спирали. Оно находится сверху.
Идея исходит от многих созданий, которые обладают способностью прясть паутину, жала и когти которых усилены и укреплены металлами. Например, мандибула муравья-листореза и саранчи содержит цинк, а некоторые морские черви имеют медь в протеиновой матрице, которая составляет их челюсти. Галле, Германия, направляли лучи ионизированных соединений металла на шёлковые нити паука-кругопряда Araneus diatematus с помощью технологии атомно-слоевой эпитаксии ALD. Каждое шёлковое волокно покрывалось тонким слоем оксида металла, некоторые ионы металла проникали сквозь волокно.
Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные?
По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. Японские ученые Института физико-химических исследований RIKEN создали устройство, которое прядет паутину, похожую на ту, что вырабатывается из паучьих желез. В природных условиях паутина разлагается чрезвычайно медленно, и до сих пор биологи не понимали, почему так происходит. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Как пауки делают паутину
Идея исходит от многих созданий, которые обладают способностью прясть паутину, жала и когти которых усилены и укреплены металлами. Например, мандибула муравья-листореза и саранчи содержит цинк, а некоторые морские черви имеют медь в протеиновой матрице, которая составляет их челюсти. Галле, Германия, направляли лучи ионизированных соединений металла на шёлковые нити паука-кругопряда Araneus diatematus с помощью технологии атомно-слоевой эпитаксии ALD. Каждое шёлковое волокно покрывалось тонким слоем оксида металла, некоторые ионы металла проникали сквозь волокно.
Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать. А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков. Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал?
Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара — арамидного волокна: получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям. Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов.
Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров каждая группа самостоятельно ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе. Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины. Летом 1999 г. Эта порода хороша тем, что потомство становится взрослым уже в трехмесячном возрасте.
NEWS Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц.
Его будут применять при производстве нитей для хирургических швов. Как заверяют исследователи, такие нити превзойдут существующие аналоги по ряду характеристик, а также смогут выявить наличие патогенных микроорганизмов, возникающих после хирургических операций. Об этом пишет RT на русском.
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.
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины
По прочности паутина близка к нейлону и значительно прочнее сходного с ней по составу секрета насекомых (например, гусениц тутового шелкопряда). Стоит отметить, что большинство паутин строится под покровом ночи, чтобы паутина быстрей переходила из жидкого в твёрдое состояние. Паутина является своеобразным секретом, вырабатываемым паутинными железами.
Структура, состав и виды паутины
Это плоские воронкообразные или куполообразные поверхности волокон. Паук живет с обратной стороны. Оно находится сверху. Это придает норе удобство, маскируя его под ветки и почву. Пауки-«волки» строят туннель в земле и соединяют его с волокнами. Европейские водяные пауки строят колоколообразные дома прямо под водой. Паук заполняет его воздухом, принося с поверхности с волосками брюшка. Здесь он откладывает яйца и воспитывает малышей, пока они не смогут построить себе дом самостоятельно. Между прочим, вовсе не все пауки плетут паутину.
Предлагаемый механизм формирования паутины. Источник: Nature Один из авторов исследования, Нур Алия Октавиани Nur Alia Oktaviani , объяснила процесс работы: «Нам повезло: мы использовали мощные инструменты для анализа белка, перед тем как он перевоплотился в бета-лист. Среди этих инструментов были: спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия дальнего ультрафиолетового кругового дихроизма и спектроскопия вибрационного кругового дихроизма. Я очень рада, что нам удалось отыскать эту специальную конформацию». Алексей Евглевский.
Кроме того, волокна стали более эластичными, повысилась их тягучесть. Чтобы разорвать нить, теперь необходимо было предпринять в десять раз больше усилий в случае с титаном, в девять раз — с алюминием и в пять раз — с цинком. Группа исследователей полагает, что металлы взаимодействуют с белковой структурой паутины, образуя прочные ковалентные поперечные связи между аминокислотными полимерами внутри шёлка. Обычно эти полимеры соединяются только более слабыми водородными связями.
Прядильный аппарат паука На рисунке ниже представлен прядильный аппарат паука-крестовика, на котором наглядно представлено как пауки плетут паутину. На паутинных бородавках 1 , которые находятся на брюшке снизу расположены трубочки 2 , предназначенные для подачи паутины. Лапки 3 , которых у паука 8 штук плетут поступающую из отверстий жидкость, делая из неё нить. Алгоритм плетения Мы надеемся, что сумели рассказать Вам немного о прочности паутины, а также из чего и как паук ее плетет.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины!
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи.