заменили на паутину 5 сантиметров нервной ткани на ее задней ноге. В первую очередь специалисты хотели проверить гипотезу о том, что компоненты паутины способны напрямую убивать бактерии. Человек легко проходит сквозь паутину лишь потому, что каждая нить имеет толщину всего в три тысячных доли миллиметра в диаметре. 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. Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Паук при постройке паутины из желёз выделяет белок который твердеет на воздухе. 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. Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
Из школьного курса биологии известно, что пауки обладают уникальной способностью делать очень прочную паутину. Генетики выяснили, из чего состоит секрет паутины пауков Caerostris darwini, считающейся самой прочной. Паук способен плести паутину благодаря своим спинным железам, в которых производится специальный белковый материал под названием спидроин. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины.
Структура, состав и виды паутины
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.
Плетение от пауков требует невероятной сноровки и терпения. Сидя на верхней ветке, они формируют нить которая зависает в воздухе. Если повезёт то, нитка быстро зацепится за ветку в подходящем месте и паук, переместится на новую точку для дальнейшей работы. Ветер- лучший помощник паука в строительстве.
Достав тонкую нить из бородавок, паук подставляет её под воздушный поток, который относит застывший шёлк на значительное расстояние. Паутинка легко зацепляется к веткам деревьев, используя её в качестве каната, паук передвигается с места на место. В структуре паутины прослеживается определённая схема. Её основу составляет каркас из прочных и толстых нитей, расположенных в виде лучей, расходящихся из одной точки. Начиная с внешней части, паук создает круги, постепенно двигаясь к центру. Между каждым кругом без всяких приспособлений паук выдерживает одинаковое расстояние.
Сложность рисунка паутины зависит от вида паукообразных. Многие пауки плетут паутину ежедневно. Сравнение паутины Существует два типа паутины: плоская и объемная. Первая представляет собой самый распространенный тип с наименьшим количеством нитей, что делает ее малозаметной и не слишком упругой. Объемная же паутина отличается большей запутанностью нитей, благодаря чему она получается невероятно прочной, но и в то же время очень заметной для насекомых. Виды паутинок.
Интересно не только то, как паук плетет паутину, но и то, что он умудряется вырабатывать ее разных «сортов». Грубо говоря, их можно разделить на три типа: крепкие — производятся только тенетниками и ложатся в основу ловчих сетей. Из них делаются перемычки все в тех же сетях, и приклеиваются при малейшем прикосновении, причем так, что снять их весьма затруднительно. Из них пауки творят коконы и «дверки» для норок. Причем они еще бывают и нескольких видов, поскольку вырабатываются разной степени мягкости и пушистости. Учеными выделяется и еще один вид паутины, которая отзеркаливает ультрафиолет, подманивая бабочек.
Формы паутин. Изучив научную литературу, я узнала, что каждая паутина неповторима, и зависит от вида паука. Например, воронковые пауки, придают своей ловчей сети форму конуса. Он плетет большую воронку в стеблях высокой травы, между камней или бревен, а сам прячется на ее дне. Другие пауки сплетают огромные бесформенные полотнища. Нитей-липучек в них нет, но есть нити — подножки, заставляющие насекомое потерять равновесие и затем запутаться в сети.
Именно такую сеть плету домовые пауки. А паук серебрянка строит паутинный воздушный колокол и там поджидает свою добычу. Некоторые виды пауков пристраивают к круглой ловушке еще и длинную лестницу, которая существенно повышает внезапность появления паука и тем самым эффективность самой охоты. Паук-бола североамериканский использует паутину по-другому. Он выпускает ниточку длиной около 5 см. К ее кончику прикреплена бусинка клея, которой паук наносит жертве хлесткий удар.
Этот клей содержит особые химические вещества, привлекающие самцов мотыльков. Паук размахивает ловчей нитью, привлекая добычу запахом. Едва жертва приблизится, он наносит ей удар, намертво приклеивая к шарику, и подтягивает к себе. Паук-ловильщик, например, сплетает ловчую сеть, а потом, свесившись на паутине вниз головой, поджидает свою жертву, держа сетку ножками. Различие паутины по видам пауков В зависимости от вида, пауками может сплетаться разная паутина, которая является своеобразной «визитной карточкой» членистоногого. Круглая паутинка Такой вариант паутины смотрится необыкновенно красиво, но является смертоносной конструкцией.
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. Это интересно! 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.
Знает ли малыш эту букву английского алфавита? На какую русскую букву она похожа? Дальше начинается колдовство: паук соединяет точку пересечения паутинки еще несколькими радиусами 4. И на них он плетет вспомогательную спираль, двигаясь из центра 5.
Пока все нити, которые он сплел, сделаны из нелипкой паутины. Кстати, в этом и секрет того, что сами пауки никогда не прилипают на свою сеть — они бегают только по этим нитям, лежащим в основе паутины. А, дойдя до края, он начинает плести вторую спираль от края к середине уже с использованием липкой паутины 6. Как паук плетет паутину Видите, как сложно? Но это еще не самое удивительное. Удивительно то, что паутина пауков-крестовиков всегда имеет одну и ту же геометрическую структуру. Первая спираль имеет мало витков и расстояние между ними с каждым кругом увеличивается.
В результате у него получается кривая линия. 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.
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.
Как пауки делают паутину и как ее используют люди? Наталья Носова
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. 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.
При этом волокна шёлка выполняют поддерживающую функцию для клеток. 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.
О новинке команда кембриджских химиков и архитекторов рассказала в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Один из самых крепких материалов в природе — паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. Внутри такой «бочки» могут находиться небольшие органические молекулы и ионы.
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.
Профессор Юнмей Чжэн и её коллеги изготавливают подобные материалы при помощи погружения гладкого искусственного волокна в полимерную жидкость. Эта жидкость затем высыхает таким образом, что на ней образуются выпуклости, подобные тем, которые есть на паутине.
Ученые узнали, почему паутина не гниет
Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. В природных условиях паутина разлагается чрезвычайно медленно, и до сих пор биологи не понимали, почему так происходит. Паутина давно интригует исследователей своими уникальными характеристиками: при необычайной растяжимости и лёгкости она ещё и необычайно прочна. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Наука в вопросах и ответах
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. Это вязкая сиропообразная жидкость, затвердевающая на воздухе в прочную нерастворимую нить. Фиброин устойчив к действию органических растворителей, разбавленных кислот и щелочей, а также протеолитических ферментов. Его нити обволакиваются другим белком — серицином, который обладает склеивающими свойствами и растворим в воде. Хотя серицина в паутине несколько меньше, чем в шелке, можно ожидать, что время рассасывания паутины в тканях после операции не будет значительно отличаться от шелка. По последним данным американских исследователей, паутинная нить не меняет размера под действием органических веществ и не вызывает реакции отторжения в организме человека.
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.
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.
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. Фирма пока хранит молчание, как делать нити из молока, но уже зарегистрировала название созданного ею нового материала — «BioSteel» «биосталь». Статья о свойствах «биостали» опубликована в журнале «Science» «Наука», 2002, т. Другим путем пошли немецкие специалисты из Гатерслебена: они ввели гены, подобные паучьим, в растения — картофель и табак. Предполагается, что, когда количества производимого спидроина станут значительными, из него в первую очередь будут делать медицинские бинты. Молоко, полученное от генетически измененных коз, вряд ли можно отличить по вкусу от натурального.