Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. Результаты исследований показали, что белок, входящий в состав паутины, делает ее в пять раз прочнее стали и в три раза прочнее кевлара.
Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?
Ранее с помощью методов генной инженерии были выведены козы, в геном которых встроен ген белка паутины. Молоко этих коз может быть использовано в качестве сырья для получения биостали, для создания сверхлегких бронежилетов, соединительных волокон для хирургии, искусственных сухожилий и микрочипов. Читайте другие материалы в нашем блоге :.
Где образуется и откуда выходит Пауки и их паутина — в своем роде уникальное природное явление. Процесс плетения напоминает производство сахарной ваты — заранее смешанный состав вытягивается из узкого отверстия резервуара и застывает на воздухе в виде тонкой нити. Емкостью служит брюшко животного, а материалом — секрет, вырабатываемый его внутренними паутинными железами. В нижней части тела паука опистоме расположены от 1 до 4 пар наростов — паутинные бородавки. У некоторых видов эти выросты подвижны и одновременно выполняют функцию органа осязания. Это и есть та область, откуда у паука появляется паутина.
Часть поверхности бородавок усеяна мелкими волосками — паутинными трубочками. Каждая из них является выходным протоком внутренней железы и состоит из двух частей — толстой базальной, внутренней и тонкой формирующей, концевой. Участок с трубочками называется паутинным полем. Наряду с трубочками в производстве паутины участвуют хитиновые конусы, также расположенные на поверхности бородавок. В них открываются более крупные железы. Выделение нити контролируется центральной нервной системой паука. Толщина, липкость и даже оттенок могут варьироваться. Для этого в процессе плетения задействуются различные типы желез, например: трубковидные — выпускают нити для яйцевого кокона. У самцов данный тип желез отсутствует; ампуловидные — производят сухие толстые нити для основы сети; грушевидные — прочные тонкие волокна для крепления паутины к основе; дольковидные — двойное шелковое волокно, основа спиральных нитей ловчей сети; древовидные — выделяют клей для покрытия основы, не застывающий при контакте с воздухом.
При сильном увеличении на нитях будут заметны капельки — липкий секрет древовидных желез. Именно на них во время дождя концентрируется влага. У каждой разновидности пауков свой набор желез. Переключение с одной на другую занимает примерно минуту. Паук-крестовик плетет паутину, используя 6 желез. На его паутинных бородавках расположено от 480 до 560 трубочек и около 20 конусов. Как пауки плетут паутину Все виды пауков предпочитают плести сети или растягивать нити-ловушки по ночам. В это время создаются оптимальные условия: нет жары, ветра, солнечного света, воздух достаточно увлажнен.
Они принадлежат к группе, называемой «паукообразные». 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. Паутинка вытягивается из многих крошечных углублений на плетущих органах, расположенных на кончике брюшка. Она появляется в виде жидкости, которая на воздухе тут же затвердевает. Существует несколько разновидностей волокон: липкие, необходимые для ловли добычи; крепкие, поддерживающие перекладины, к которым не прилипают; и для коконов, в которые откладывают яйца. Одни из них мягкие и пушистые, другие — твердые и жесткие. Из чего сделана паутина? Пауки могут плести все эти виды паутины.
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. По их мнению, хирургические нити из нового материала помогут врачам оперативно выявлять появление патогенов на месте раны и вовремя останавливать развитие послеоперационной инфекции. Ошибка в тексте?
Как пауки делают паутину
В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. 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. В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. Металлическая паутина: сделано в Германии О том, что паутина – вещь прочная, знают в наше время все. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей.
Свежие записи
- Ваше мнение
- Структура, состав и виды паутины
- Из чего сделана паутина?
- Сверхэластичный и прочный материал: ученые создали аналог паутины, на 98% состоящий из воды
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. Бионическая паутина может найти применение в производстве лёгких и прочных тканей для армирующих сеток и современной одежды. Пауки плетут паутину, в которую попадают насекомые и которым выбраться из нее практически невозможно. Ранее бытовало мнение, будто паутина пропитана специальным секретом, который обладает противомикробными свойствами.
Что за заживляющий материал на основе паутины сделали наши учёные?
Исследователи попытались воссоздать весь процесс и синтезировать синтетические волокна, однако те не обладали прочностью паутины. Используя новейшие технологии, в том числе спектроскопию ядерного магнитного резонанса, а затем электронную микроскопию, ученые смогли более точно установить, что именно происходит внутри паутинной железы. 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.
Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины. Паутина используется пауками также для путешествий - из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках.
В зависимости от цели использования паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины. Внешнее строение паука: 1 — ногощупальце; 2 — нога; 3 — глаз; 4 — головогрудь; 5 — брюшко 3. Виды паутины. Если самих пауков разглядывать неприятно, и многие даже их боятся, то паутина, созданная ими, невольно привлекает внимание и вызывает искреннее восхищение. Она напоминает изящное кружево. Изучив научную литературу и другие источники информации, я дала такое определение паутине.
Паутина - это нити, производимые с помощью прядильного аппарата, который является индивидуальной особенностью пауков. Она представляет собой вязкою жидкость, застывая на воздухе, которая образует длинные тонкие нити, имеющие клейкие пузырьки. Откуда берется паутина? Итак, разберемся все же, как паук плетет паутину. На брюшке у «ткача» расположены паутинные железы, которые считаются трансформированными рудиментами ног. Ученым известно семь типов паутинных желез, производящих разные виды паутины, однако у одной особи одновременно может быть только от 1 до 4 типов желез.
Внутри тельца вырабатывается особый секрет, который принято называть жидким шелком. На выходе через прядильные трубочки он начинает затвердевать. Одна такая ниточка настолько тонка, что ее трудно разглядеть даже под микроскопом. Лапами, расположенными ближе к «работающим» в текущий момент железам, паук скручивает несколько ниток в одну паутинку — приблизительно так, как это делали женщины в старину при прядении из кудели. Именно в тот момент, как паук плетет паутину, закладывается основная характеристика будущей паутинки — липкость или повышенная крепость. И каков механизм выбора, ученые пока не выяснили.
Когда первая нить создана ее создателем достаточно длинной, он прекращает прядение. И ловит ветерок. Малейшее шевеление ветра даже от нагретой земли относит паутинку к соседней «опоре», за которую та и цепляется. Надо сказать, пауки — весьма экономные создания. Оказавшуюся ненужной поврежденную или старую паутину они съедают, пуская «вторсырье» на второй круг использования. А старой она становится довольно быстро, так как паук плетет паутину зачастую каждый день.
Немаловажно наличие специальных чесальных и прядильных инструментов: гребенчатые коготки и ряды щетинок на ногах для расчесывания паутины. Задавая вопрос, зачем пауку паутина, мне все без исключения давали один и тот же ответ: для охоты. Да, безусловно, из паутины пауки делают ловчие сети для «охоты» на насекомых. Но этим вовсе не исчерпываются ее функции. Дополнительно она применяется для утепления норок перед зимовкой, защищая их от холода и влаги; для создания коконов, в которых созревает потомство; для защиты от дождя — из нее пауки делают своего рода навесы, предотвращающие попадание воды в «домик»; для путешествий. Некоторые пауки переселяются сами и выпроваживают из лона семьи детей на длинных паутинках, уносимых ветром как на парашюте.
Образование строительного материала. Разные железы образуют несколько типов паутины: сухая и толстая — для передвижения, шелковистая и мягкая — для плетения кокона, тонкая и клейкая — для ловчей спирали. Четвертичная структура белка при выталкивании из протока изменяется таким образом, что в результате формируются нити. Из нитевидных образований в последствие получаются волокна, прочность которых в 4-10 раз больше прочности человеческого волоса. В 1,5-6 раз прочнее стальных сплавов. В состав жидкости содержится большая концентрация белка, содержащая следующие аминокислоты: глицин, аланин, сирин.
Интересные факты: если нить не зацепляется за ветку, то паук подтягивает её и съедает, чтобы продукт не пропадал. По химическому составу и физическим свойствам паутина близка к шелку тутовых шелкопрядов и гусениц, только она гораздо прочнее и эластичнее: если нагрузка разрыва для гусеничного шелка составляет 33-43 кг на 1 мм2, то для паутины - от 40 до 261 кг на мм2 в зависимости от вида! Чаще всего мы видим многоугольные сети иногда они бывают почти круглыми. 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.
Участок, на котором расположены трубочки, называется паутинным полем.
Помимо трубочек, паутина выделяется через хитиновые конусы, которые также находятся на поверхности бородавок. Эти конусы имеют больший диаметр и являются протоками более крупных желез. Выделение паутины контролирует нервная система паука, регулируя липкость, толщину, даже оттенок цвета. Роль и значение паутины в жизни паука Бесспорно, в первую очередь паутина нужна паукам для того, чтобы охотиться. В сплетенную сеть попадают насекомые, которые составляют основной рацион питания паукообразных. Но паутина — это не только средство для ловли добычи.
В жизни пауков она выполняет множество самых разнообразных функций: Создание кокона. Самка сплетает из паутины прочные и удобные коконы, в которые откладывает яйца. После вылупления маленькие паучки проводят в этом коконе первые недели своей жизни, чувствуя себя вполне защищенными от внешней среды и врагов. Паутина позволяет членистоногому укрыться от непогоды, спрятаться от врагов. В зависимости от видовой принадлежности самка либо самец пользуются нитью паутины для привлечения внимания противоположного пола. Либо самец прикрепляет к сети самки свою нить, сообщая ей о своих намерениях, либо самка выделяет нить, пропитанную феромонами, по которой ее можно легко отыскать.
Транспортное средство. Прочная и эластичная структура нити паутины делает ее прекрасным средством передвижения. С ее помощью пауки могут перемещаться между деревьями или кустарниками, и даже перелетать на большие расстояния, зацепившись за паутину, которую несет порыв ветра. Некоторые виды пауков с помощью паутины склеивают мусор и делают муляж, который выглядит как паук. В случае опасности они дергают за нить, муляж шевелится, хищник отвлекается, а паук успевает покинуть опасное место. У некоторых водных разновидностей пауков в мешке из паутины находится воздух, который позволяет им находиться под водой.
Сколько времени паук плетет паутину? Сколько времени понадобится на создание ловчей сети из паутины зависит от размеров и конструкции ловушки, а также погодных условий. Обычно на создание ажурной западни членистоногое тратит от 30—40 минут до нескольких часов. Большинство разновидностей пауков плетет паутину ежедневно, тратя на это время в дневное или вечернее время в зависимости от образа жизни.
Получить ее в большом объеме естественным путем очень сложно. Многие ведущие компании принялись воспроизводить ее путем синтеза белка и внедрение в кишечную палочку. Долгое время этого не удавалось сделать. Это сделала компания AMSilk.
После скрещивания молекул кишечной палочки с генами садового паука-крестовика, они получили четыре вида паутины, с 20 степенями прочности. Компания уже продает готовый продукт синтезированной паучьей нити, косметическим фирмам по производству шампуней и другой косметики. Шампуни, в которые входит такой элемент, делают волосы более гладкими, прочными, а заодно он и восстанавливает их. В дальнейшем, на фармацевтических рынках появятся спреи с эффектом заживления ран, на основе паутины.
Материал прочнее паутины
Предварительные эксперименты демонстрировали, что концевые домены оказывают влияние и на образование волокон спидроина, однако точный механизм образования волокон до настоящего времени так и не был установлен. Различные концевые домены спидроина оказывают различные эффекты. Кесслер поясняет, что С-концевые домены образуют димеры за счет дисульфидных мостиков. Для выяснения особенностей расплетения карбоксильных фрагментов исследователи изучили строение этих доменов в растворе методом ядерного магнитного резонанса. 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.
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.
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. Супернить толщиной в 1 мм сможет выдержать вес более 500 кг, она растягивается в полтора-два раза и обладает почти той же плотностью. Паутинку учёные добыли при помощи паука рода Araneus, наматывая её на медную скрепку. Аранеусы — близкие родственники знакомого нам всем паука-крестовика, в их число входит и он сам. Какой вид аранеусов использовался, не уточняется, но поскольку поймали его физики прямо во дворе своего института в Галле, в центре Европы, вряд ли это был экзотический экземпляр.
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. Супернить толщиной в 1 мм сможет выдержать вес более 500 кг, она растягивается в полтора-два раза и обладает почти той же плотностью.
Объект исследований - паутина
| Петербургские учёные создали материал для имплантологии из паутины | Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. |
| Структура, состав и виды паутины | Исследователи разработали ионную паутину, которая может захватывать объекты в 68 раз тяжелее собственной массы и самоочищаться. |
| Ученые узнали, почему паутина не гниет | Исследователи из Института физико-химических исследований RIKEN (Япония) изучили механизм, который делает паутину прочнее стали. |
| Виды паутины, описание, химический состав и откуда выходит нить | Паутина является своеобразным секретом, вырабатываемым паутинными железами. |
| Как паук плетет паутину: где она образуется, из чего состоит, зачем нужна | Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. |
Российские учёные создали из паутины и наночастиц материал для хирургических нитей
- Навигация по записям
- Читайте также
- Прочность паутины
- Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Ученые узнали секрет прочности паутины черной вдовы
| Исследование показало, почему паутина не гниет | Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом. |
| Как паутина может собирать воду | Паутина позволяет пауку ловить добычу без необходимости тратить энергию на то, чтобы догонять ее, что делает ее эффективным методом сбора пищи. |
| Клуб почемучек: Как паук плетет паутину? | Паутина остается на месте благодаря прилипанию к поверхности, и это позволяет пауку успешно поймать свою жертву. |
| Материал прочнее паутины | 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. |
Объект исследований - паутина
| Исследование показало, почему паутина не гниет | Видео: Из чего сделана паутина? Видео: Что будет, если угодить в самую большую паутину в мире 2024, Марш. |
| Раков Э. | Химическая тайна паутины | Журнал «Химия» № 35/2002 | В спидроине наблюдается высокое содержание остатков аланина и глицина, эти аминокислотные остатки являются причиной исключительной механической прочности волокон паутины. |
Чтобы сделать паутину сверхпрочной, просто добавьте титан
Ученые химико-биологического кластера петербургского Университета ИТМО разработали гибридный материал с флуоресцентными свойствами из натуральной паутины и наночастиц. Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым. Для того чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие.
Как паутина может собирать воду
Идея такого подхода была также позаимствована у природы: как известно, насекомые и некоторые другие организмы в составе прочных тканей ротового аппарата и когтей имеют существенные включения металлов, таких как цинк, марганец и медь. 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.
Целью этих работ являлось получение протеинов паутины биотехнологическим способом. Особенно интересным вопросом было то, как пауки плетут свои гнезда, в том числе и для профессора Томаса Шайбеля Thomas Scheibel. Биохимик занялся изучением химических и механических процессов, происходящих при плетении паутины. Специалист захотел найти способ технически скопировать эти процессы и достиг поставленной цели. Через два года ученые расшифровали молекулярную базу производства нитей паутины в фильере.
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.
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.
Созданные здесь бионические наноцеллюлозные волокна в восемь раз более прочные, чем натуральные шелковые паутины пауков-драглайнов. А это «золотой стандарт» прочности для биоматериалов. Удельная прочность нашего материала превосходит удельную прочность металлов, сплавов, керамики и стекловолокна.
Даниэль Седерберг, соавтор исследования. Команда измерила жесткость растяжения материала, что составила 86 гигапаскалей, а его предел прочности на разрыв составляет 1,57 гигапаскаля. Исследователи говорят, что эта техника может быть использована для создания прочных, легких материалов для строительства самолетов, автомобилей, велосипедов, мебели. Или искусственных органов , как сердце, например.