Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться.
Структура, состав и виды паутины
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. Если у Вас есть желание более подробно изучить особенности данного процесса, то предлагаем Вам зайти на сайт большой советской энциклопедии и прочитать статью про пауков.
Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни — для ловчих «сетей», другие — для собственного перемещения, третьи — для сигнализации и т. 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.
С помощью новейших технологий исследователи смогли понять, как именно пауки превращают белки внутри паутинной железы в волокна стальной прочности. Это открытие позволит им синтезировать новые сверхпрочные материалы. Контент недоступен Черная вдова — вид пауков, распространенный в Северной и Южной Америке, но встречается и на других континентах. Взрослый паук окрашен в чёрный цвет. У самок можно заметить красное пятно в виде песочных часов на нижней стороне брюшка.
Прочность паутины мадагаскарского паука связана с её большей растяжимостью. За это отвечает ген MaSp4, который кодирует белок с высоким содержанием аминокислоты пролин. Пролин играет роль своеобразных пружин при попытке порвать паутину.
Паутина уже давно привлекает ученых.
Структура, состав и виды паутины
| Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы | Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. |
| Наука в вопросах и ответах | Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. |
| Паутина пауков: образование, состав, физические свойства | Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. |
Как паутина может собирать воду
В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Образование паутины Выделяя паутину, паук вытягивает вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног, но чаще просто прижимает паутинные бородавки к субстрату. ?p=82730 Американский учёный создаёт своеобразную библиотеку паутины. Исследование этого природного материала может помочь усовершенствовать.
Биологи определили молекулярную структуру паутины
Молекулярные биологи из нескольких американских университетов впервые выяснили строение паутины пауков-кругопрядов. — Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. 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.
Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные?
Квинта Мастер 1175 15 лет назад Несколько интересных фактов о паутине. Сравнение паутинных нитей по прочности с шелковыми нитями — не в пользу последних. 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.
Это совсем не много, учитывая огромное количество задействованных бактерий, однако ученые отмечают, что даже эти результаты значительно лучше предыдущих попыток массового производства паутины, кроме того, они все еще работают над оптимизацией процесса. Если это исследование оправдает себя, НАСА уже заинтересованно выращиванием этих бактерий не только на Земле, но и в космосе, что позволит космонавтам получать материал для необходимого ремонта снаряжения, не завися от поставок с Земли.
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.
We use cookies. Для большинства из нас самое завораживающие в пауках — это их паутина. Но в действительности паук — очень удивительное создание и во многих других отношениях. Пауки живут во всех климатических зонах в зависимости от вида, как в воздухе, так и на воде, на земле и в почве. Их размеры колеблются от 8 см до едва различимых. Некоторые виды могут обходиться целый год без воды, а один подвид — большой тарантул — питается птицами и живет около 15 лет. Однако большинство видов живут только один год. Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они принадлежат к группе, называемой «паукообразные».
Из чего состоит паутина и как пауки плетут свои ловушки?
Поэтому мы и видим, как вода цепляется за паутину именно отдельными каплями. Знаете ли вы, какие гены отвечают за свойства паутины и как их можно использовать для производства сверхпрочных материалов? Из чего сделана паутина? Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. Известно, что паутина прочнее и легче, чем сталь, однако ученые из Института Микроструктурной Физики Макса Планка в Германии еще больше усилили ее. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее.
Почему паутина такая липучая
А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа. Как оказалось, важным был и сам процесс внедрения металла в белок. Ученые полагают, что атомы металлов помогают «склеивать» отдельные белковые молекулы, из которых состоит паучья нить. В натуральной паутине эту работу выполняют слабые водородные связи между атомами на концах параллельных друг другу молекул; именно обилие таких взаимозаменяемых связей и даёт паутине её силу. В «металлизированной» паутине вместо слабых водородных устанавливаются сильные ковалентные связи, полагают немецкие учёные, что и придаёт дополнительную прочность. Осталось только научиться плести прочную паучью нить в промышленных масштабах, неважно, с помощью ли трансгенных козлов или благодаря химическому синтезу. Как сделать паутину во много раз прочнее, мы уже знаем.
Группа исследователей из университета Киля Германия под руководством Станислава Горба Stanislav Gorb давно занимается изучением того, как устроена кожа животных. Например, почему гекконы спокойно ползают по стенам или змея почти не снашивает свою шкуру, когда ползет. Но на этот раз они заинтересовались, каким образом паук делает тонкую нить, на которой висит сам, когда изготовляет паутину. Результаты исследования опубликованы в Journal of the Royal Society Interface и на сайте университета Киля.
В статье в PLoS Biology авторы работы пишут, что кислотность среды по-разному влияла на разные концы молекулы спидроина. Если один из концов полипептидной цепи N-конец в кислой среде слипался с другими N-концами других спидроиновых молекул, и чем выше была кислотность чем ниже рН , тем стабильней была структура N-концов, то другой конец белка С-конец , наоборот, терял стабильность с понижением рН и оставался без какой-либо оформленной структуры до самого последнего момента, когда белок принимал окончательную «паутинную» структуру. То есть на разные участки одной и той же молекулы изменение химической среды действовало по-разному. Но это не всё — С-концевой конец паучьих спидроинов, как оказалось, похож на амилоидные белки, которые образуют белковые отложения в нервных клетках при нейродегенеративных болезнях синдроме Альцгеймера, например. Амилоидные белки образуют полимерные комплексы в виде длинных нитей, тяжей, оседающих в нервной ткани. Очевидно, в случае паутины механизм в чём схож: неструктурированный конец спидроина нужен, чтобы молекулы белков быстро слипались в нить. Однако, если бы молекулы спидроинов слипались, как им вздумается, то паутинной нити не получалось бы. Чтобы каждая молекула знала своё место, существует N-конец, который по мере возрастания кислотности только сильнее стабилизируется и крепче держится за соседние молекулы.
В связи с этим, хотя даже среди наиболее архаичных членистобрюхих пауков есть представители формирующие для охоты сигнальные волокна, считается[кем? В качестве основного довода в пользу этой гипотезы рассматривают исходную приуроченность паутинных бородавок к области половых отверстий. Кроме того, многие пауки оплетают ей стенки норки. Наконец, одними из наиболее экстравагантных применений паутины оказывается формирование страховочных нитей, препятствующих неудачному падению при прыжках, и «парашютов», с помощью которых молодь может распространяться с потоками воздуха. Тарантулы используют паутину для противостояния скольжению по поверхности клейкий материал выделяют прядильные трубки на лапках пауков [3]. Ловчие сети Паук-крестовик в центре своей ловчей сети Некоторые аранеоморфные пауки например, из семейства Uloboridae вплетают в свои ловчие сети хорошо видимые волокна, формирующие рисунок в форме спиралей, зигзагов или крестов.