Некоторые пауки (Olios coenobitus), для того, чтобы получить убежище поднимают пустые раковины улиток к себе наверх весьма необычным способом. Нить за нитью прикрепляя паутину к раковине, и, используя ее в качестве подъемных тросов, пауки постепенно поднимают свой новый дом высоко над землей.
Способы ловли добычи разнообразны. Бродячие пауки подкарауливают добычу [1,2], крадутся к ней и настигают одним или несколькими прыжками. При этом уже у бродячих форм добыча нередко опутывается паутинными нитями. Пауки, ведущие оседлую жизнь, почти всегда делают те или иные ловчие устройства из паутины, от простых сигнальных нитей, протянутых от устья логовища, в котором сидит паук, до очень сложных ловчих сетей.
Многие виды могут жить в гнёздах из родственных особей, плотностью, иногда, в несколько тысяч. Строят общую ловчую паутину, где они будут поджидать жертву. Когда жертва попадёт в паутину, несколько пауков обволакивают её липким шёлком. После чего они вводят яд в жертву и относят в кокон, где они поделятся с остальными членами колонии.
Аккуратные украшения паутины, создаваемые некоторыми пауками-кругопрядами, довольно известное, но все еще загадочное явление. По мнению австралийских ученых, украшение паутины является предупреждающим знаком. Более ста лет ученые спорят о функциональной роли этих декоративных элементов, вплетаемых в паутину. В естественной среде украшение паутины делает ее более заметной для крупных животных, которые, увидев декор, с большей вероятностью обойдут паутину, чем пойдут напролом. Если паутина все же была разрушена, значит, украшений недостаточно и нужно их добавить. Таким образом, паук подбирает оптимальное количество декораций - так, чтобы их было не слишком много (ведь жертвы тоже не полетят прямиком на них), но и не слишком мало.
Ученые многих стран уже несколько десятилетий пытаются понять загадку вещества, из которого простой паук плетет свою паутину.
Паутина пауков представляет собой белок, обогащённый глицином, аланином и серином. Кроме того в состав паутины входят фиброин, альфа-аланин и глютаминовая кислота.
Внутри паутинной железы она существует в жидкой форме. При выделении через многочисленные прядильные трубочки, открывающиеся на поверхности паутинных бородавок, происходит изменение структуры белка, вследствие чего он затвердевает в форме тонкой нити. В дальнейшем паук переплетает эти первичные нити в более толстое паутинное волокно.
В своей работе научные группы под руководством Томаса Шейбеля (Thomas Scheibel) из Байрейтского университета в Германии, а также Стефана Найта (Stefan Knight) и Яна Йохансона (Jan Johansson) из Шведского университета сельскохозяйственных исследований в Упсале сумели подойти к изучению этой проблемы с разных сторон [5,6]. Обе группы работали с белками спидроинами, являющимся главными компонентами паутины. Эти белки представляют собой цепочечные молекулы, состоящие из тысяч аминокислот, главными из которых являются аланин и глицин. Группа Шейбеля занималась изучением того, как белковые молекулы соединяются между собой в районе своего кислотного окончания (так называемого белкового С-конца), тогда как шведские химики изучали аминный или N-конец белков. Ученые обратили внимание на тот факт, что в железах пауков эти белки способны храниться в течение долгого времени в форме концентрированного водного раствора, тогда как попадая на механизм плетения паутины насекомых, они в считанные секунды превращаются в прочнейшие полимерные нити. Изучив строение белковых окончаний с помощью метода ядерного магнитного резонанса, ученые из группы Шейбеля обнаружили, что белковые молекулы в водном растворе образуют пары, концы которых упакованы под углом 60 градусов друг к другу. При этом такая структура удерживается присутствием в растворе соли - хлорида натрия. Ученые показали, что при замене хлорида натрия на фосфат, процессе, протекающем при выведении раствора белков на паучий аппарат плетения паутины, структура белков изменяется и они образуют прочный комплекс, где концы белка находятся параллельно друг другу. Это выравнивание концов происходит отчасти и под действием механических сил, именно оно и позволяет добиться необычайной прочности образующегося волокна.
С другой стороны, N-окончания белков, как показали шведские исследователи, ключевым фактором в соединении молекулы в прочные комплексы выступает кислотность среды. При низкой кислотности (высоких значениях рН), эти окончания представляют собой группы, несущие на себе дополнительный отрицательный заряд, из-за чего происходит их отталкивание. Когда же среда становится более кислой (уровень рН падает ниже 6,3) отрицательный заряд компенсируется присоединением к белковой молекуле дополнительных протонов Н+, что и приводит к соединению белковых молекул в прочные волокна.
У разных видов пауков входящие в состав паутины белки несколько отличаются как размером — от 180 до 720 тыс. а. е.м., так и последовательностью аминокислот. Но у всех есть общая особенность — повторение одинаковых или почти одинаковых аминокислотных последовательностей, включающих участок из нескольких подряд остатков аланина (обычно их от четырех до девяти) и участок с частым повторением остатков глицина.
Паутина по химическому составу близка к шелку шелкопрядов, от которого отличается малым содержанием склеивающего вещества — серицина, растворимого в воде. Основу паутинного шелка составляет протеид фиброин, образованный сложным комплексом альбуминов, б-аланина и глютаминовой кислоты. По физическим свойствам паутина также близка к гусеничному шелку, но гораздо эластичнее и прочнее. Нагрузка разрыва для паутины составляет от 40 до 261 кг на 1 мм2 сечения нити (у некоторых Araneus), в то время как для гусеничного шелка — только 33—43 кг на 1 мм2.
Шелковые нити состоят из плиссированных слоев нано-кристаллов, соединенных слабыми водородными связями и оплетенных протеиновыми волокнами. При небольшом натяжении белковые нити разматываются и выпрямляются, а при увеличении натяжения нагрузка передается на нано-кристаллы.
Свойства паутиныПрочность
Паутина – материал очень прочный. Ее прочность принято измерять в dernier (1г на 9000м), она составляет 6-8 dernier. То есть, говоря человеческим языком, она порвется под тяжестью своего веса только, если ее длина будет составлять более 50 метров. Стоит отметить еще и то, что удельная прочность паутины в 2-3 раза выше прочности стали.
Толщина ее настолько мала, что её можно заметить только тогда, когда на нее падают лучи света. При своей небольшой толщине паутина способна задержать летящую пчелу или муху. В паутине каждая из нитей покрыта специальным веществом, похожим на клей, которая рассчитана для удерживания добычи, если она попытается сбежать, при этом, если добыча начинает пытаться выбраться из паутины, то она только больше запутывается в ней и перекрывает себе путь к свободе. Пауки делают свою паутину при температуре окружающей среды, причем растворителем у них служит простая вода. И удивительно то, что каркасная паутина крепче любой синтетической нити такой же толщины. Своеобразные и уникальные прядильные органы, позволяют паукам создавать сверхпрочную паутину. То есть, выделяя особую жидкость, паук растягивает ее, она затвердевает, образуясь в очень тоненькие нити. Однако внешняя хрупкость паутины очень обманчива, она в пять раз прочнее стали. Но особой долговечностью паутина не отличается и рвется при попадании в нее жертвы.
Паучий шелк имеет высокую прочность на разрыв и растяжение. Это один из самых прочных материалов в мире.
Шарнирность
Другое необычное свойство паутины — внутренняя шарнирность: подвешенный на паутинном волокне предмет можно неограниченно вращать в одну и ту же сторону, и при этом она не только не перекрутится, но вообще не будет создавать заметной силы противодействия.
Сжимаемость
Когда паутина намокает, она сильно сокращается (это явление получило название суперконтракции). Это происходит потому, что молекулы воды проникают в волокно и делают неупорядоченные гидрофильные участки более подвижными. Если паутина растянулась и провисла от попадания насекомых, то во влажный или дождливый день она сокращается и при этом восстанавливает свою форму. Усадка позволяет паукам менять свойства паутины при прядении. То есть, меняя содержание влаги в среде, пауки могут модифицировать свойства этого биоматериала.
Размягчаемость
Паутина, как выясняется, обладает особым механизмом, который позволяет ей размягчаться, а затем снова твердеть. На лёгком ветру протеин размягчается, позволяя паутине растягиваться, но при этом сохранять структуру. При появлении нагрузки на конкретном участке паутины нагрузка распределяется по всей площади сети. Если же сильное воздействие происходит в каком-то ограниченном секторе (например, одинокая нить), шёлк становится жёстким и ломается. Участок нити в точке максимальной деформации сети принимает на себя всю нагрузку и разрывается, что полностью снимает напряжение с конструкции. Это позволяет ловчей сети паука сохранять форму даже при очень высоких нагрузках - при столкновении с веткой или при сильном порыве ветра. То есть, жертвуя одной или несколькими нитками, остальная структура сохраняет свою нерушимость. Более того, потеря небольшой части не только помогает сберечь целое, но ещё и делает паутину прочнее. Так, удаление десятой части нитей в различных областях позволяет конечной паутинной структуре выдерживать на 3–10% больший вес.
Упругость и эластичность
Паутина – это очень упругий и эластичный материал. Она не рвется при сильном растягивании, а сохраняет свою форму даже при превышении максимальной нагрузки. Она способна растягиваться под воздействием стресса, выдерживая насекомых. Это необходимо для надёжного крепления кокона и защиты его от падения. Благодаря гибкой паутине, даже если какое-нибудь животное случайно заденет кокон, он всё равно останется висеть на месте.
Лёгкость
Паутина не только в пять раз легче железа, но и легче хлопка такого же объема.
Антибиотические свойства
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, хищников и механических повреждений, но и от губительного действия бактерий и плесневых грибков.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
