Несомненно, что выделение паутиновых нитей полностью контролируется центральной нервной системой. В брюшной полости пауков есть многочисленные паутинные железы. Их протоки открываются мельчайшими прядильными трубочками, которые находятся на концах шести паутинных бородавок на брюшке паука. У паука-крестовика, например, таких трубочек около 500-550. Стенки паутинных желез всегда состоят из однослойного, железистого эпителия. Секрет, накапливается затем в центральной полости органа, где капли сливаются в общую массу (Millot, 1926). Паутинные железы вырабатывают жидкий вязкий секрет. Этот секрет обладает способностью мгновенно затвердевать на воздухе. Поэтому, когда белковый секрет паутинных желез выделяется через прядильные трубочки, он застывает в форме тонких нитей. В зависимости от числа действующих одновременно желез (двух или четырех) толщина и прочность последнего изменяются (у некоторых пауков «кабель» состоит почти из 20 элементарных нитей). Грушевидные железы выделяют пучки тонких прочных волокон, служащих для прикрепления концов радиальных нитей к окружающим предметам — стволам деревьев, ветвям и т. п. Основу клейких спиральных нитей ловчей сети составляют, по-видимому, двойные шелковые волокна, выделяемые дольковидными железами. На эту основу накладывается слой липкого слизистого секрета древовидных желез. Вскоре после формирования этих нитей покрывающий их слой слизистого вещества фрагментируется вследствие поверхностного натяжения, образуя маленькие сферические капельки, унизывающие нить на всем ее протяжении. Последние не видны простым глазом, но становятся заметными, когда на них конденсируется вода (например, осенью во влажную холодную погоду). Пауки, не делающие тенет правильной геометрической формы, все же прядут клейкие ловчие сети.
Паук начинает прясть свою паутину так: он прижимает паутинные бородавки к субстрату; при этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к нему. Затем паук продолжает вытягивать вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног. Когда он удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто растягивается в быстро затвердевающие нити. Паутиновая рама — основа сети и натягиваемые внутренние радиусы делаются из сравнительно толстых сухих нитей, выделяемых ампуловидными железами. При этом несколько желез действуют одновременно, выпуская каждая по одной нити; отдельные нити соединяются вместе капельками жидкого секрета и образуют более толстый «кабель».
Процесс плетения паутины: сначала конец нити нужно за что-то зацепить, например, за сучёк, этих концов должно быть 3, соединяясь между собой они образуют равнобедренный треугольник. Затем противоположный конец нитей крепится к другой поверхности, которая расположена на противоположной стороне помещения, угла и т. д. Затем паук начинает вырабатывать очень много нитей и в центре скрещивать их между собой тянутся они от одного конца крепления к противоположному. После этого паук делает новый веток в работе, плетутся нити к кроям от центра, они соединяют предыдущие все нити между собой. Самый последний этап – создаётся особая сигнальная нить, которая в нужный момент сообщает пауку о пойманной добыче. Сам паук располагается в центре паутины, как будто заполняет собой имеющиеся просветы. Паук сам управляет своими «бородавками» и трубочками, создавая структуру нитей, каждая, из которых состоит из 200 волокон. Для того, чтобы самому передвигаться по своей паутине, паук делает и сухие нити, которые тянутся от центра наружу, а между ними находятся нити ловчие. Паук способен натянуть паутину даже над рекой, были бы ветки. Ножки паука покрыты очень эластичными и мягкими ворсинками, которые позволяют ему не прилипать к собственной паутине. У большинства разновидностей, тело покрыто специальной жировой тканью, которая так же помогает им не прилипать к своим же ловушкам. А еще, пауки настолько умные создания, что плетут, а затем передвигаются по специальным прядям в своей паутине, которые совсем не липкие. Такая уникальная особенность пауков, позволяет им без особых трудностей заманивать и убивать жертвы, крупнее себя.
Паутина — прочнейший из известных материалов, производимый живыми организмами, и даже кевлар уступает ей более чем в 10 раз. Теперь учёные усилили её углеродными нанотрубками, делая её крепче обычной паутины, и повышая её электрическую проводимость, что может привести к созданию новой паутино-электроники.
Исследователи отметили, что электрическая проводимость их новой паутины может зависеть от влажности и количества физической нагрузки. Как таковые они могут найти применение в датчиках влажности и деформации, и в самом деле, они уже разработали пульсомер с использованием новых нитей. Использование золотого напыления, или более толстого слоя нанотрубок может сделать электропроводность менее зависимой от уровня влажности.
Даже природные свойства паучьего шёлка всегда поражали учёных. Веками люди собирали этот материал и использовали его в качестве бинтов: сеть примыкает к человеческой коже и образует барьер, препятствующий проникновению в раны вирусов и бактерий.
Исключительная по прочности, легкости и красоте ткань из паутины до сих пор используется и известна в Китае под названием "ткани восточного моря". Полинезийцы употребляли паутину крупных тенетных пауков в качестве ниток для шитья и плетения рыболовных снастей. В начале XVIII века во Франции из паутины крестовиков были изготовлены перчатки и чулки, вызвавшие всеобщее восхищение. Известно, что от одного паука можно получить сразу до 500 м нити. В 1899 году из паутины крупного мадагаскарского паука пытались получить ткань для покрытия дирижабля и удалось изготовить образец роскошной ткани длиной 5 м.
В настоящее время ученым хотелось бы создать материал по прочности близкий к таковой у пауков с целью применения в разных отраслях промышленности, от производства бронежилетов до строительства вантовых мостов». И это благодаря удивительным свойствам и прочности простой паутины. Но создать вещество, подобное тому, которое производит паук-крестовик для плетения своей паутины-ловушки, ученые пока не могут.
Группа ученых-биологов из американского университета города Акрон наблюдала, как домашние пауки (Achaearanea tepidariorum) строят свои ловчие сети. Ученые обнаружили, что и те и другие паутинки состоят из одних и тех же веществ, отличаясь только по структуре. Таким образом, именно количество волокон в нити и определяет прочность паутины. Биологи считают, что пауки умеют настраивать свою ловчую сеть для ловли добычи с большей или меньшей массой, путем изменения количество волокон в нитях паутины. Это открытие позволит создавать особо прочные конструкции и в инженерном деле, и в промышленности.
Шить одежду из паутины возможно, только это на несколько порядков труднее и дороже, чем из обыкновенного шёлка, получаемого от тутового шелкопряда. Первое задокументированное упоминание такой одежды датируется 1710 годом, когда французский учёный и предприниматель де Сё Хилер изготовил перчатки и носки из «паучьего шёлка» и подарил их королю Людовику XIV. А совсем недавно в Американском музее естественной истории выставлялся кусок ткани размером чуть больше 3 квадратных метров. Для её получения несколько десятков рабочих в течение 4 лет ловили на Мадагаскаре пауков-золотопрядов, затем аккуратно вынимали из них нити и отпускали обратно в природу.
Каждая часть паутины достаточно крепкая и эластичная, но только некоторые паутинки – клейкие. Эта особенность паутины вдохновила ученых на создание материала, более мягкого, подходящего для чувствительной кожи.
Карп, Лэнгер и их постдокторант Брайан Лолихт [3] разработали новый медицинский продукт с подобными качествами, гибкий, клейкий, и способный легко удаляться без повреждений. Такого вида материал мог бы использоваться для фиксирования трубок или датчиков на теле людей с чувствительной кожей, новорожденных и пожилых. Сначала ученые взялись за обычный медицинский пластырь, который имеет с одной стороны тонкое клейкое покрытие. Затем его заменили на пленку с силиконовой основой. С помощью лазера нанесли на пленку схему травления и, наконец, добавили клейкий слой. Получился материал, где продольные участки – клейкие, как обычный пластырь. А силиконовое покрытие позволило удалить или скатать материал легким нажимом пальца. Готовый материал имеет разные участки, клейкие и неклейкие, как паутина. Он легко ложится, хорошо клеится, и, что лучше всего, быстро сдергивается в неожиданных ситуациях.
В результате исследований голландского биолога Абдул Вахаба Эль-Хальбзури и художницы Джалиль Ессайди [10,11] была создана сверхпрочная ткань - органическое соединение паутины и человеческой кожи. До сих пор самой прочной тканью в мире был кевлар - пара-арамидного (полипарафенилен-терефталамид) волокнj, выпускаемого фирмой DuPont. Кевлар обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали, предел прочности у0=3620 МПа). Но у созданного на основе паутины, нового пуленепробиваемого материала, который пока не имеет названия, потенциал гораздо больше. Пуленепробиваемый кевлар имеет 33 слоя, а паутина сама по себе в 3 раза прочнее кевлара и в 15 раз прочнее стали. Ранее какие-либо дополнительные материалы с паутиной соединялись плохо. И только кожа оказалась универсальным закрепителем для паучьего "клея". Так что в будущем ученые планируют возможность имплантации паутины прямо в тело. Пока кожа, выращенная учеными еще не настолько крепка, чтобы останавливать пулю на полной скорости: удалось вырастить только 4-слойный материал. Но вместе с нейрохирургами и биологами ученые будут и дальше работать над усовершенствованием своего изобретения. Они уверены, что в будущем паучий шелк возможно будут использовать в медицине, и с его помощью регенерировать утраченные конечности.
Ученым удалось создать трансгенных шелковичных червей, которые способны производить паучий шелк. Команда американских исследователей смогла создать технологию, которая позволит начать массовое производство шелковых волокон, обладающих свойствами паутины. Суть открытия ученых состоит в производстве из паучьего шелка специальных нановолокон – нанофибры, диаметром от 25 до 100 нанометров. Обычный шелк тутового червя состоит из тысяч нанофибр диаметром около 30 нанометров каждая. Для получения нанофибры в больших количествах ученые использовали кавитационные эффекты – они обработали водный раствор паутины ультразвуком с частотой 20 кГц. Получившийся композит из нанофибры будет также полезен биологам, так как он биодеградирующий и более гибкий, чем обычные волокна, использующиеся биологами в различных продуктах. Ткани из нанофибры – это еще один прочный, гибкий, биологически совместимый и экологически чистый материал. Инженеры из США создали новый тип композитных материалов, сочетающих высокую прочность с гибкостью и эластичностью паутины. Наладить промышленное производство паутины пока не представляется возможным. Гарет Маккинли (Gareth McKinley) из Массачусетского технологического института предложил новый материал на основе полимерного эластомера эластана (Elasthane) с включением в его структуру наноразмерных кусочков клея, сообщает Nanotechweb [14]. Получившийся нанокомпозит благодаря клею стал гораздо эластичнее и прочнее эластана. Новый материал будет также востребован в топливных элементах в качестве мембраны, где необходимо препятствовать естественной деградации материала при высоких температурах.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
