Прочная, упругая и эластичная: такие свойства делают паутину интересным материалом не только для биологов, но и для проектировщиков. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера.
Сверхэластичный и прочный материал: ученые создали аналог паутины, на 98% состоящий из воды
| Клуб почемучек: Как паук плетет паутину? | По мнению ученых, именно PPII helix подвергается внутримолекулярным взаимодействиям, из-за которых паутина моментально становится прочной. |
| Как паутина может собирать воду | «Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами. |
| Исследователи раскрыли тайну паутины: Новости химии @ | 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. |
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Паутина является своеобразным секретом, вырабатываемым паутинными железами. Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. [Шерил Хаяси, биолог]: «Пауки делают очень много видов паутины! Белки на основе паутины стали основой уникального крема, разработанного российским стартапом, повышает регенеративные свойства кремов 26.02.2023, Sputnik Казахстан. 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. Из чего состоит паутина и какими свойствами она обладает?
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
Результаты экспериментов показали, что паутину можно использовать в хирургии и в качестве пищевой экоупаковки. Паутина, или паучий шелк – это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. © Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Наука в вопросах и ответах
| Материал прочнее паутины | Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. |
| Волокна искусственной паутины прочнее стали и крепче кевлара | 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. |
| Клуб почемучек: Как паук плетет паутину? - | Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. |
| Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал | Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину. |
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
Команда российских исследователей создала уникальный материал, способный заживлять раны человека и ускорять его выздоровление. Он сделан на основе «искусственной паутины». Это совместная разработка НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова. Паутину способны выделять представители ряда групп паукообразных (пауки, ложноскорпионы, некоторые клещи) и губоногие многоножки. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины.
Из чего сделана паутина?
Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. Белки на основе паутины стали основой уникального крема, разработанного российским стартапом, повышает регенеративные свойства кремов 26.02.2023, Sputnik Казахстан. Предполагалось, что белки «ждут» процесса создания паутины в виде «строительных блоков» — сферических мицелл наноразмера. Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Было обнаружено, что при переносе белков из раствора хлорида натрия в раствор его фосфата такое изменение среды происходит при переходе спидроина из паутинной железы в прядильную трубочку в белке разрушается два солевых мостика, что позволяет молекулам спидроина изменить взаимное расположение и образовать волокна. Кесслер добавляет, что изменение конформации и расплетение белка происходит также и под воздействием напряжения сдвига, которому подвергается спидроин при прохождении через прядильную трубочку. Другие процессы протекают с другого конца белковой цепи. 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.
По последним данным американских исследователей, паутинная нить не меняет размера под действием органических веществ и не вызывает реакции отторжения в организме человека. В 1709 г. К тексту доклада были приложены изготовленные из паутины перчатки и чулки. Необычность представленных материалов не позволила провинциальному научному обществу самостоятельно оценить их значение, и потому они были направлены в Парижскую Академию наук, где в то время уже существовала практика экспертных оценок нетривиальных работ. В народной медицине паутину издавна применяют как кровоостанавливающее и ранозаживляющее средство во Франции энтузиасты-медики предпринимали попытки изготавливать кровоостанавливающие салфетки из паутинного «шелка».
Действительно, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо они выражены у шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет находящиеся внутри него яйца не только от высыхания и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков.
В будущем учёные хотят заменить паутину на более доступный материал — фиброин шелкопряда. Напомним, ранее сообщалось , что специалисты ИТМО в составе международной научной группы смоделировали химический механизм формирования молекул-коацерватов. Согласно популярной научной теории, эти молекулы были предшественниками первых одноклеточных организмов и положили начало жизни на нашей планете.
Однако шелк пауков отличается гораздо большей прочностью. Нагрузка в килограммах на 1 мм2, вызывающая разрыв и выражающая прочность нити, у разных пауков колеблется от 40 до 261 у некоторых Araneus , тогда как соответствующие цифры для гусеничного шелкового волокна варьируют от 33 до 43 Харитонов, 1945. По исследованиям Харитонова, паутина обладает антибиотическими свойствами. Особенно хорошо выражены бактериостатические свойства шелка кокона, что связано с важностью его защитной роли. Оболочка кокона предохраняет яйца не только от высыхания, от хищников и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков. Целому ряду семейств, объединяемых в группу Cribellatae и обладающих крибеллум и каламиструм, свойственны особые крибеллярные паутинные железы, которые открываются на крибеллярной пластинке. Последняя в покое лежит на одном, уровне с поверхностью брюшка, но наклоняется в сторону паутинных бородавок во время прядения паутины. Поверхность ее разделена тонкими ребрышками на сотни маленьких площадок, или полей. В середине каждой площадки торчит очень тонкая паутинная трубочка с отверстием протока паутинной железы на вершине рис. Общее количество крибеллярных паутинных трубочек обычно очень велико и, например, у Dictyna arundlnacea достигает 600, а у Stegodyphus Uneatus — даже 9600. Самцы многих видов, однако, отличаются редукцией крибеллярного аппарата. С каждой трубочкой связана своя маленькая паутинная железа; число крибеллярных желез, таким образом, очень велико. Выделяя крибеллярный шелк, паук энергично расчесывает его каламиструмом одной ноги иногда при помощи другой , совершая ею ряд быстрых повторяющихся движений. Две или четыре осевые нити окружаются довольно широкой слизистой муфтой, или оболочкой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить. Такого рода слизистая паутина образует ловчие сети, которые имеют весьма характерный синеватый оттенок. Uloborus и Hyptiotes строят геометрически правильные тенета см. У других Cribellatae она располагается более или менее неправильно.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Однако большинство видов живут только один год. Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они отличаются от насекомых тем, что имеют 8 ног вместо обычных шести, 8 глаз и только две части тела. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Пауки могут плести все эти виды паутины.
Ученые узнали, почему паутина не гниет 31. 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.
Для разработки нового материала использовали паутину тигровых пауков. Ее очистили от продуктов жизнедеятельности, после чего поместили в реакционный аппарат. Там на поверхности волокон паутины и синтезировали углеродные точки - класс наночастиц. Ученые уверены, что с таким материалом можно будет обнаружить патогенные микроорганизмы, провоцирующие различные заболевания.
Почему паутина на портится очень долго, даже если находится во влажной и теплой среде? Ученые из Тунхайского университета Тайвань решили выяснить, в чем заключается секрет ловчих сетей пауков. Ранее ученые предполагали, что паутина содержит...
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Исследование Паутина Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? В 2019 году был расшифрован геном мадагаскарского паука, плетущего самую прочную паутину в 2 раза прочнее обычной паутины. Это позволило узнать строение белка, делающего его ловчие сети в 10 раз прочнее кевлара. Прочность паутины мадагаскарского паука связана с её большей растяжимостью.
Дерево является одним из самых прочных природных материалов, но это не значит, что его нельзя улучшить. Недавно исследователи «уплотнили» материал, чтобы сделать так называемую «супер древесину», а предыдущие работы из команды KTH сделали древесные волокна такими же прочными, как сталь.
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.
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. Это вязкая, сиропообразная жидкость, полимеризующаяся и затвердевающая на воздухе. Гликопротеидные волоконца, диаметр которых может составлять всего несколько нанометров, могут располагаться параллельно оси фиброиновой нити или образовывать спирали вокруг нити. Гликопротеиды — сложные белки, которые содержат углеводы и имеют молекулярную массу от 15 000 до 1 000 000 а.
Учёные отмечают, что материал также будет способствовать обнаружению патогенных микроорганизмов, провоцирующих различные заболевания. Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается и оптический отклик не наблюдается. Обычно, когда мы светим на наш материал фонарём с синим светодиодом, мы видим, как он материал становится красным. 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.
Металлическая паутина: сделано в Германии
Последняя в покое лежит на одном, уровне с поверхностью брюшка, но наклоняется в сторону паутинных бородавок во время прядения паутины. Поверхность ее разделена тонкими ребрышками на сотни маленьких площадок, или полей. В середине каждой площадки торчит очень тонкая паутинная трубочка с отверстием протока паутинной железы на вершине рис. Общее количество крибеллярных паутинных трубочек обычно очень велико и, например, у Dictyna arundlnacea достигает 600, а у Stegodyphus Uneatus — даже 9600. Самцы многих видов, однако, отличаются редукцией крибеллярного аппарата.
С каждой трубочкой связана своя маленькая паутинная железа; число крибеллярных желез, таким образом, очень велико. Выделяя крибеллярный шелк, паук энергично расчесывает его каламиструмом одной ноги иногда при помощи другой , совершая ею ряд быстрых повторяющихся движений. Две или четыре осевые нити окружаются довольно широкой слизистой муфтой, или оболочкой. В нее погружена еще одна закрученная в многочисленные петли нить.
Такого рода слизистая паутина образует ловчие сети, которые имеют весьма характерный синеватый оттенок. Uloborus и Hyptiotes строят геометрически правильные тенета см. У других Cribellatae она располагается более или менее неправильно. Нередко извитая крибеллярная нить внутри шнура видна простым глазом Filistata, Zoropsis.
Значение ее, вероятно, чисто опорное и сводится к поддерживанию слизистой оболочки — муфты, которая обычно сильно вытянута и имеет цилиндрическую форму. Если бы извитой нити не было, то муфта распалась бы на мелкие капельки. Видимо, слизистые шнуры Cribellatae отвечают клейким спиральным нитям Araneus, усовершенствованием которых они как бы являются. Капельки клейкого слизистого секрета на нитях Araneus недолговечны и хуже обеспечивают приклеивание и запутывание добычи.
У Cribellatae, напротив, тенета сохраняются очень долго, а клейкость их очень велика.
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.
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. Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка.
Ученые из Тунхайского университета Тайвань решили выяснить, в чем заключается секрет ловчих сетей пауков. Ранее ученые предполагали, что паутина содержит...
Почему паутина такая липучая
Команда российских исследователей создала уникальный материал, способный заживлять раны человека и ускорять его выздоровление. Он сделан на основе «искусственной паутины». Это совместная разработка НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов?