Въже, направено от паяжини. Какво е значението на мрежите в живота на паяците? Състав на паяжина

Практически ползи от мрежата.

Всеки Повечето от нас са добре запознати с мрежата: многократно сме срещали паяжини в гората и дори в собствения си дом. Изчистват с метла паяжините от ъглите, а в гората, когато случайно попаднат в тях с лице, ги отърсват с недоволство.

Междувременно паяжината е много интересен и полезен естествен материал за практически приложения, чието огромно значение днес незаслужено е засенчено от множество синтетични полимери.

Най-фините нишки на най-старата мрежа бяха открити в парче кехлибар от работници в Оксфордския университет в Източен Съсекс. Възрастта на уникалната находка се оценява на приблизително 140 милиона години. До този момент най-старата се смяташе за мрежа в парче кехлибар, намерено в Ливан, датирано отпреди 130 милиона години, а най-старият паяк беше намерен в кехлибар на около 120 милиона години. Кехлибарът, образуван преди повече от 100 милиона години, е изключително рядък.

Използвайки най-модерните технологии за ултрамикроскопия, учените успяха да идентифицират най-старата паяжина, чиято дължина на нишките беше малко повече от милиметър. Интересното е, че мрежата е подобна на тази, изтъкана от съвременните паяци. Местоположението на откритите нишки позволи да се установи, че те са опори за мрежата на кълбото. Същото парче кехлибар запази две чилета древна паяжина.

Благодарение на това откритие палеобиолозите, които са го изследвали, предполагат, че паякообразните всъщност са много по-древни същества, отколкото се смяташе досега. Преди това се смяташе, че широкото разпространение на летящи насекоми, които служат като плячка за паякообразни, се дължи на появата на цъфтящи растения на нашата планета. След изучаване на откритието на учени от Оксфорд се предполага, че най-старите паякообразни са ловували пълзящи и скачащи насекоми, като тъкат мрежи на повърхността на почвата.

Освен паяжината, същото парче кехлибар запазило овъглени частици от изгоряла кора и сок от иглолистно дърво. Предполага се, че дървото е отделило смола, която е погълнала паяжините и впоследствие се е превърнала в кехлибар по време на горски пожар.

Самите паяци използват паяжини, за да изградят убежища, да облицоват дупки, да уловят мрежи и пашкули за яйца; мъжките правят мрежа от сперматозоиди от него с цел размножаване. При младите екземпляри на някои паяци дългите нишки от мрежата служат като парашути, когато се разпръскват от вятъра. Когато прави мрежа за улавяне, паякът първо опъва рамката и радиалните нишки, след това полага временна опорна спирална нишка и едва след това изплита лепилна спираловидна мрежа за улавяне, след което разрезът отхапва опорната нишка.

Паяжината е протеин, обогатен на глицин, аланин и серин. Вътре в арахноидната жлеза съществува в течна форма. Когато се секретира през множество въртящи се тръби, които се отварят на повърхността на арахноидните брадавици, структурата на протеина се променя, в резултат на което той се втвърдява под формата на тънка нишка. Впоследствие паякът вплита тези първични нишки в по-дебела мрежа.

Гръбнакът на мрежата се състои от два протеина: по-силният спидроин-1 и по-еластичният спидроин-2. Именно комбинацията от техните свойства определя уникалните свойства на мрежата.

Мрежата може да има диаметър до няколко милиметра и се състои от много тънки нишки. Мрежата е изключително тънка и лека. За да обиколите екватора на нашата планета, ще са необходими само 340 g!

Учените се интересуват най-много от рамковата нишка на мрежата, която е необичайно здрава и еластична. Малко хора знаят, че паяжината е близка до найлона по здравина - нейната якост на опън варира от 40 до 260 kg/mm2, което е няколко пъти по-здраво от стоманата. Ако лентата имаше диаметър 1 mm, тя можеше да издържи товар с тегло приблизително 200 kg. Стоманената тел със същия диаметър може да издържи значително по-малко: 30-100 кг, в зависимост от вида на стоманата. В допълнение, той е необичайно еластичен.

Интересното е, че когато мрежата се намокри, тя се свива силно (това явление се нарича суперконтракция). Това се случва, защото водните молекули проникват във влакното и правят неподредените хидрофилни области по-подвижни. Ако мрежата се е разтегнала и увиснала поради насекоми, тогава във влажен или дъждовен ден тя се свива и в същото време възстановява формата си.

Друго необичайно свойство на паяжината е нейната вътрешна артикулация: обект, окачен на влакно от паяжина, може да се върти безкрайно в една и съща посока и в същото време не само няма да се усуква, но изобщо няма да създава забележима противодействие .

Както знаете, хората са извличали естествени нишки от естествени материали с доста изобретателност. Впоследствие от такива нишки се появяват тъкани - от вълна, памук, лен, коприва и дори от най-фините нишки на пашкули от копринени буби. Използването на мрежата обаче отваря нови перспективи в тази посока, т.к е отличен материал за изработка на издръжливи и леки тъкани.

Първият опит да се направи такава тъкан е направен преди три века от френския ентомолог Бон, който представи своите предложения за замяна на вносната коприна с паяжина пред Кралското научно дружество. Като мостра бяха включени чорапи и ръкавици от паяжина. Идеята на учения не намери подкрепа поради трудността на масовото размножаване на паяци. Днес има решение на този проблем, но появата на голям брой синтетични нишки рязко намали търсенето на паяжина.

Изключителна по здравина, лекота и красота, тъканта от паяжина се използва и до днес и е известна в Китай под името „плат от източно море“. Полинезийците използвали мрежата от големи паяжини като конец за шиене и тъкане на риболовни принадлежности. В началото на 18 век във Франция ръкавици и чорапи са направени от паяжина на кръстове, които предизвикват всеобщо възхищение. Известно е, че от един паяк могат да се получат до 500 m нишка наведнъж. През 1899 г. те се опитаха да получат плат за покриване на дирижабъл от мрежата на голям мадагаскарски паяк и успяха да произведат проба от луксозна тъкан с дължина 5 метра.

Днес нишките от паяжина се използват главно в оптичната индустрия за прилагане на кръстосани нишки в оптични инструменти и като нишки в микрохирургията, а поради високото си съдържание на бактерицидни свойства могат успешно да се използват в медицината като материал за зашиване, изкуствени връзки и сухожилия, филми за зарастване на рани, изгаряния и др.

Невъзможно е химически да се синтезират този вид протеини в лабораторията - твърде сложни са. Учените обаче успяха да създадат някакъв вид изкуствен аналог, използвайки биотехнологични технологии. Тази нишка е тествана за здравина от специалисти в изследователския център Uglekhimvolokno в Митищи. Нишка с дебелина само няколко микрона може да издържи 50-100 mg натоварване при скъсване. Оказа се, че е само четири пъти по-малко издръжлив от този на паяк и това е много добър резултат. В същото време стойността на енергията на разкъсване (еластичността) на тази нишка вече е по-висока от тази на костта или сухожилието.

От паяжини могат да се правят не само нишки, но и филми. Именно в тази форма се планира да се използва „изкуствена мрежа“ за направата на лечебни покрития за рани и изгаряния, които няма да бъдат отхвърлени от тялото и ще стимулират регенерацията на собствения му епител.

Правени са опити да се получи паяжина по естествен път, подобно на коприната. Дори са изобретени различни устройства за „доене“ на паяка и внимателно навиване на деликатните нишки върху бавно въртяща се макара.

Имаше няколко пречки. Първо, свадливият характер на паяците: когато се държат заедно, тези животни се карат и се изяждат. Второ, всеки паяк произвежда много малко мрежа: изчислено е, че ще са необходими 27 хиляди паяка със среден размер, за да се произведат 500 g фибри. Ясно е, че производителността на членестоногите е малко вероятно да задоволи промишлените изисквания. Има само един изход: научете се да го получавате изкуствено.

Жителите на тихоокеанските острови „принуждават“ паяците да тъкат риболовни мрежи, които са необичайно здрави и почти невидими във водата. А на остров Мадагаскар, разположен близо до източното крайбрежие на Африка, много селяни все още използват паяжини вместо конци.

Технологията, разработена преди около сто години от френски проповедник, направи възможно събирането на златни мрежи от милион мадагаскарски паяци.

Критикът на изкуството Саймън Пиърс и неговият американски бизнес партньор Никълъс Годли наеха няколко десетки работници, за да създадат уникално платно с размери 3,4 на 1,2 метра.

Доставчиците на „нишки“ бяха милион паяци, тъкащи кълбо (златни кълбовидни паяци), принадлежащи към рода Nephila. Ученият и предприемач похарчи почти пет години от живота си и около 500 хиляди долара, за да произведе парче от може би най-необичайната тъкан.

Гудли за първи път идва в Мадагаскар през 1994 г., където създава малка компания, произвеждаща стоки от влакна от палмово дърво Raphia. През 1999 г. Никълъс пусна първата си колекция от модни чанти (очевидно от същия материал), а през 2005 г. затвори фабриката и напълно премина към производството на „паяк“ заедно с Пиърс.

Гудли е вдъхновен да създаде тази необичайна картина от истории за това как през 19 век френският губернатор на една от провинциите на Мадагаскар се опитал да направи нещо подобно. Никълъс обаче не знаеше със сигурност дали тези истории са истина или измислица.

Всъщност паяжината не е особено популярна сред жителите на Мадагаскар (това е разбираемо, тъй като „стандартната“ копринена буба е много по-лесна за отглеждане). Въпреки това през 19-ти век поданиците на кралство Мерина все пак решават да работят с него. Продукти, изработени от паяжини, бяха представени на членове на кралските семейства. Имаше дори специална традиция за тъкане на конци.

Работата на Пиърс и Гудли започва, когато наемат 70 работници да събират паяци от вида Nephila madagascariensis близо до столицата на Мадагаскар Антананариво.

Само женските създават уникална, издръжлива мрежа със златист оттенък. Събирането се извършва през дъждовния сезон, тъй като членестоногите произвеждат мрежите си само по това време на годината (което налага допълнителни ограничения върху производствения процес на мрежата).

За да се създаде нещо като фабрика за предене, паяците бяха поставени в специални камери, където бяха държани неподвижни. Трябва да се каже, че Nephila madagascariensis не са отровни, но хапят. Те също могат да избягат или да се изядат взаимно. „Първоначално имахме 20 женски, но скоро се оказахме с три, но те бяха много дебели“, казва Пиърс.

Така в крайна сметка неспокойните създания бяха изолирани едно от друго, като същевременно се увеличи броят на индивидите, които едновременно живеят във фабриката.

Десет работници събираха мрежи, висящи от въртящите се органи на паяците. По този начин е било възможно да се получат около 25 метра ценен материал от един индивид.

Пиърс отбелязва, че четиринадесет хиляди паяка произвеждат приблизително 28 грама паякова коприна, а общото тегло на крайното парче плат е цели 1180 грама!

След това, за да създадат основната нишка, тъкачите ръчно усукаха 24 парчета мрежа в едно, четири основни бяха превърнати в една основна нишка (общо 96 парчета) и само от това изтъкаха тъканта. Можете да си представите колко старателна трябва да бъде работата.

Материалът от паяжини ще бъде полезен на бойното поле, в хирургията и дори в космоса, сигурни са много експерти. Институтът по биоорганична химия на Руската академия на науките, както и Институтът по трансплантология и изкуствени органи се интересуват от получаването на продукти от протеини от паяжина.

В народната медицина има такава рецепта: за да спрете кървенето, можете да нанесете паяжина върху рана или ожулване, като внимателно я почистите от насекоми и малки клонки, забити в нея. Оказва се, че паяжините имат кръвоспиращо действие и ускоряват заздравяването на увредената кожа. Хирурзи и трансплантолози биха могли да го използват като материал за зашиване, укрепване на импланти и дори като заготовка за изкуствени органи. Използвайки паяжини, механичните свойства на много материали, използвани в момента в медицината, могат да бъдат значително подобрени.

Представители на разред паякообразни могат да бъдат намерени навсякъде. Това са хищници, които ловуват насекоми. Те хващат плячката си с помощта на мрежа. Това е гъвкаво и издръжливо влакно, по което се залепват мухи, пчели и комари. Как паякът плете мрежа е често задаван въпрос, когато гледаме невероятна мрежа за улавяне.

Какво е мрежа?

Паяците са едни от най-старите обитатели на планетата, поради малкия си размер и специфичен външен вид, те погрешно се считат за насекоми. Всъщност това са представители на разред членестоноги. Тялото на паяка има осем крака и две части:

цефалоторакс;
корема.

За разлика от насекомите, те нямат антени и шия, отделяща главата от гърдите. Коремът на паякообразни е един вид фабрика за производство на паяжини. Той съдържа жлези, които произвеждат секрет, състоящ се от протеин, обогатен с аланин, който дава сила, и глицин, който е отговорен за еластичността. Според химическата формула паяжините са близки до коприната на насекомите. Вътре в жлезите секретът е в течно състояние, но при излагане на въздух се втвърдява.

Информация. Коприната на гъсениците на копринената буба и паяжините имат подобен състав - 50% е фиброинов протеин. Учените са открили, че нишката на паяка е много по-силна от секрета на гъсеницата. Това се дължи на особеностите на образуването на влакна

Откъде идва паяжината?

На корема на членестоногите има израстъци - арахноидни брадавици. В горната им част се отварят каналите на арахноидните жлези, образувайки нишки. Има 6 вида жлези, които произвеждат коприна за различни цели (движене, спускане, заплитане на плячка, съхраняване на яйца). При един вид всички тези органи не се появяват едновременно; обикновено индивидът има 1-4 чифта жлези.

На повърхността на брадавиците има до 500 въртящи се тръби, които доставят протеинова секреция. Паякът върти мрежата си по следния начин:

паякообразните брадавици се притискат към основата (дърво, трева, стена и др.);
малко количество протеин се придържа към избраното място;
паякът се отдалечава, дърпайки конеца със задните си крака;
за основната работа се използват дълги и гъвкави предни крака, с тяхна помощ се създава рамка от сухи нишки;
Последният етап от изработката на мрежата е оформянето на лепкави спирали.

Благодарение на наблюденията на учените стана известно откъде идва мрежата на паяка. Произвежда се от подвижни чифтни брадавици по корема.

Интересен факт. Мрежата е много лека; теглото на нишка, обвиваща Земята по екватора, ще бъде само 450 g.

Паяк издърпва конец от корема

Как да изградим мрежа за риболов

Вятърът е най-добрият помощник на паяка в строителството. След като извади тънка нишка от брадавиците, паякообразното я излага на въздушен поток, който пренася замръзналата коприна на значително разстояние. Това е тайният начин, по който паяк плете мрежа между дърветата. Мрежата лесно се придържа към клоните на дърветата, използвайки я като въже, паякообразните се движат от място на място.

В структурата на мрежата може да се проследи определен модел. Основата му е рамка от здрави и дебели нишки, подредени под формата на лъчи, разминаващи се от една точка. Започвайки от външната част, паякът създава кръгове, като постепенно се придвижва към центъра. Удивително е, че без никакво оборудване поддържа еднакво разстояние между всеки кръг. Тази част от влакната е лепкава и там насекомите ще заседнат.

Интересен факт. Паякът яде собствената си мрежа. Учените предлагат две обяснения за този факт - по този начин се попълва загубата на протеин по време на ремонта на риболовната мрежа или паякът просто пие вода, висяща на копринените нишки.

Сложността на модела на мрежата зависи от вида на паякообразните. По-ниските членестоноги изграждат прости мрежи, докато по-високите изграждат сложни геометрични модели. Смята се, че изгражда капан от 39 радиуса и 39 спирали. В допълнение към гладките радиални нишки, спомагателните и улавящите спирали има сигнални нишки. Тези елементи улавят и предават на хищника вибрациите на уловената плячка. Ако попадне чужд предмет (клон, листо), малкият стопанин го отделя и изхвърля, след което възстановява мрежата.

Големите дървесни паякообразни дърпат капани с диаметър до 1 м. В тях попадат не само насекоми, но и малки птици.

Колко време отнема на един паяк да изплете мрежа?

Хищник прекарва от половин час до 2-3 часа, за да създаде ажурен капан за насекоми. Времето му на работа зависи от метеорологичните условия и планирания размер на мрежата. Някои видове тъкат копринени нишки всеки ден, като го правят сутрин или вечер, в зависимост от начина им на живот. Един от факторите, определящи колко време е необходимо на паяка да изплете мрежа, е неговият вид – плосък или обемен. Плоският е познатата версия на радиални нишки и спирали, а обемният е капан, направен от буца влакна.

Предназначение на мрежата

Фините мрежи са не само капани за насекоми. Ролята на мрежата в живота на паякообразните е много по-широка.

Хващане на плячка

Всички паяци са хищници, убиват плячката си с отрова. Освен това някои индивиди имат крехка конституция и сами могат да станат жертви на насекоми, например оси. За да ловуват, те се нуждаят от подслон и капан. Лепкавите влакна изпълняват тази функция. Те оплитат уловената в мрежата плячка в пашкул от нишки и я оставят, докато инжектираният ензим я приведе в течно състояние.

Паякообразните копринени влакна са по-тънки от човешката коса, но тяхната специфична якост на опън е сравнима със стоманена тел.

Възпроизвеждане

По време на периода на чифтосване мъжките прикрепват свои нишки към мрежата на женската. Като удрят ритмично копринените влакна, те съобщават намеренията си на потенциален партньор. Женската, която получава ухажване, слиза на територията на мъжкия, за да се чифтосва. При някои видове женската започва търсенето на партньор. Тя отделя нишка с феромони, благодарение на която паякът я намира.

Дом за потомство

Пашкулите за яйца са изтъкани от копринения секрет на мрежата. Техният брой, в зависимост от вида членестоноги, е 2-1000 броя. Женските окачват мрежестите торбички с яйца на безопасно място. Обвивката на пашкула е доста здрава, състои се от няколко слоя и е импрегнирана с течен секрет.

В дупката си паякообразните плетат мрежи около стените. Това спомага за създаването на благоприятен микроклимат и служи като защита от лошо време и естествени врагове.

Движещ се

Един от отговорите на въпроса защо паякът плете мрежа е, че използва нишки като превозно средство. За да се движи между дървета и храсти, бързо да разбере и да падне, се нуждае от здрави влакна. За да летят на дълги разстояния, паяците се изкачват на високи височини, освобождават бързо втвърдяваща се мрежа и след това с порив на вятъра отлитат на няколко километра. Най-често пътуванията се правят в топли, ясни дни на индийското лято.

Защо паякът не се придържа към мрежата си?

За да не попадне в собствения си капан, паякът прави няколко сухи нишки за движение. Познавам идеално пътя си в тънкостите на мрежите и той безопасно се доближава до заседналата плячка. Обикновено в центъра на риболовната мрежа остава безопасна зона, където хищникът чака плячка.

Интересът на учените към взаимодействието на паякообразните с техните ловни капани започва преди повече от 100 години. Първоначално се предполагаше, че върху лапите им има специална смазка, която предотвратява залепването. Никога не е намерено потвърждение на теорията. Заснемането със специална камера на движението на краката на паяка по влакна от замразения секрет даде обяснение за механизма на контакта.

Паякът не се придържа към мрежата си поради три причини:

много еластични косми по краката намаляват зоната на контакт с лепкавата спирала;
върховете на краката на паяка са покрити с мазна течност;
движението се извършва по специален начин.

Каква е тайната на структурата на краката, която помага на паякообразните да избягват залепването? На всеки крак на паяка има два опорни нокътя, с които се придържа към повърхността, и един гъвкав нокът. Докато се движи, тя притиска нишките към гъвкавите косми на крака. Когато паякът вдигне крака си, нокътят се изправя и космите избутват мрежата.

Друго обяснение е липсата на пряк контакт между крака на паякообразното и лепкавите капчици. Те падат върху космите на крака и след това лесно се връщат обратно върху нишката. Каквито и теории да разглеждат зоолозите, фактът остава непроменен, че паяците не стават затворници на собствените си лепкави капани.

Други паякообразни, като акари и псевдоскорпиони, също могат да тъкат мрежи. Но техните мрежи не могат да се сравняват по сила и умело тъкане с произведенията на истински майстори - паяци. Съвременната наука все още не е в състояние да възпроизведе мрежата чрез синтетичен метод. Технологията за изработване на паяжината си остава една от загадките на природата.

Всеки може лесно да изчетка паяжините, висящи между клоните на дървото или под тавана в далечния ъгъл на стаята. Но малко хора знаят, че ако мрежата имаше диаметър от 1 mm, тя можеше да издържи товар с тегло приблизително 200 kg. Стоманената тел със същия диаметър може да издържи значително по-малко: 30–100 kg, в зависимост от вида на стоманата. Защо мрежата има толкова изключителни свойства?

Някои паяци предат до седем вида нишки, всяка от които има своя собствена цел. Нишките могат да се използват не само за улавяне на плячка, но и за изграждане на пашкули и скачане с парашут (като излитат във вятъра, паяците могат да избягат от внезапна заплаха и по този начин младите паяци се разпространяват на нови територии). Всеки тип мрежа се произвежда от специални жлези.

Мрежата, използвана за улавяне на плячка, се състои от няколко вида нишки (фиг. 1): рамкова, радиална, хващаща и спомагателна. Най-големият интерес на учените е рамковата нишка: тя има както висока якост, така и висока еластичност - именно тази комбинация от свойства е уникална. Пределна якост на опън на нишката на рамката на паяка Araneus diadematusе 1,1–2,7. За сравнение: якостта на опън на стоманата е 0,4–1,5 GPa, а на човешката коса е 0,25 GPa. В същото време нишката на рамката може да се разтегне с 30–35%, а повечето метали могат да издържат на деформация не повече от 10–20%.

Нека си представим летящо насекомо, което удря опъната мрежа. В този случай нишката на мрежата трябва да се разтегне, така че кинетичната енергия на летящото насекомо да се превърне в топлина. Ако мрежата съхранява получената енергия под формата на енергия на еластична деформация, тогава насекомото ще отскочи от мрежата като от батут. Важно свойство на мрежата е, че тя отделя много голямо количество топлина по време на бързо разтягане и последващо свиване: отделената енергия на единица обем е повече от 150 MJ/m 3 (стоманата отделя 6 MJ/m 3). Това позволява на мрежата ефективно да разсейва енергията на удара и да не се разтяга твърде много, когато жертвата е уловена в нея. Паяжина или полимери с подобни свойства могат да бъдат идеални материали за леки бронежилетки.

Така че паяжината е необичаен и много обещаващ материал. Какви молекулярни механизми са отговорни за неговите изключителни свойства?

Ние сме свикнали с факта, че молекулите са изключително малки обекти. Това обаче не винаги е така: полимерите са широко разпространени около нас, които имат дълги молекули, състоящи се от еднакви или подобни единици. Всеки знае, че генетичната информация на живия организъм е записана в дълги ДНК молекули. Всички държаха в ръцете си найлонови торбички, състоящи се от дълги преплетени полиетиленови молекули. Полимерните молекули могат да достигнат огромни размери.

Например, масата на една човешка ДНК молекула е около 1,9·10 12 amu. (това обаче е приблизително сто милиарда пъти повече от масата на водна молекула), дължината на всяка молекула е няколко сантиметра, а общата дължина на всички човешки ДНК молекули достига 10 11 km.

Най-важният клас естествени полимери са протеините; те се състоят от единици, наречени аминокиселини. Различните протеини изпълняват изключително различни функции в живите организми: те контролират химичните реакции, използват се като строителни материали, за защита и т.н.

Нишката на скелето на мрежата се състои от два протеина, които се наричат спидроини 1 и 2 (от англ. паяк- паяк). Спидроините са дълги молекули с маси, вариращи от 120 000 до 720 000 amu. Аминокиселинните последователности на спидроините могат да се различават от паяк до паяк, но всички спидроини имат общи характеристики. Ако мислено разтегнете дълга молекула спидроин в права линия и погледнете последователността от аминокиселини, се оказва, че тя се състои от повтарящи се секции, които са подобни една на друга (фиг. 2). В молекулата се редуват два вида области: относително хидрофилни (тези, които са енергийно благоприятни за контакт с водни молекули) и относително хидрофобни (тези, които избягват контакт с вода). В краищата на всяка молекула има две неповтарящи се хидрофилни области, а хидрофобните области се състоят от много повторения на аминокиселина, наречена аланин.

Една дълга молекула (напр. протеин, ДНК, синтетичен полимер) може да се разглежда като смачкано, заплетено въже. Разтягането му не е трудно, тъй като бримките вътре в молекулата могат да се изправят, което изисква относително малко усилие. Някои полимери (като каучук) могат да се разтеглят до 500% от първоначалната си дължина. Така че способността на паяжините (материал, направен от дълги молекули) да се деформират повече от металите не е изненадваща.

Откъде идва силата на мрежата?

За да разберете това, е важно да проследите процеса на формиране на нишката. Вътре в паякообразната жлеза спидроините се натрупват под формата на концентриран разтвор. Когато нишката се образува, този разтвор напуска жлезата през тесен канал, това помага за разтягане на молекулите и ориентирането им по посока на разтягане, а съответните химични промени карат молекулите да се слепват. Фрагменти от молекули, състоящи се от аланини, се свързват заедно и образуват подредена структура, подобна на кристал (фиг. 3). Вътре в такава структура фрагментите са разположени успоредно един на друг и са свързани един с друг чрез водородни връзки. Именно тези зони, свързани една с друга, осигуряват здравината на влакното. Типичният размер на такива плътно опаковани области от молекули е няколко нанометра. Хидрофилните зони, разположени около тях, се оказват произволно навити, подобни на смачкани въжета, те могат да се изправят и по този начин да осигурят разтягане на мрежата.

Много композитни материали, като например подсилени пластмаси, са конструирани на същия принцип като нишката на скелето: в относително мека и гъвкава матрица, която позволява деформация, има малки твърди зони, които правят материала здрав. Въпреки че учените по материали работят с подобни системи от дълго време, създадените от човека композити едва започват да се доближават до паяжините по своите свойства.

Нека отбележим и една интересна особеност на формирането на нишката. Паякът разширява мрежата под въздействието на собственото си тегло, но получената мрежа (диаметър на нишката приблизително 1–10 μm) обикновено може да поддържа маса шест пъти по-голяма от тази на самия паяк. Ако увеличите теглото на паяка, като го завъртите в центрофуга, той започва да отделя по-дебела и по-издръжлива, но по-малко твърда мрежа.

Когато става въпрос за използване на паяжини, възниква въпросът как да се получи в индустриални количества. В света има инсталации за „доене“ на паяци, които издърпват конци и ги навиват на специални макари. Този метод обаче е неефективен: за натрупване на 500 g мрежа са необходими 27 хиляди средни паяци. И тук на помощ на изследователите идва биоинженерството. Съвременните технологии правят възможно въвеждането на гени, кодиращи протеини от паяжина, в различни живи организми, като бактерии или дрожди. Тези генетично модифицирани организми стават източници на изкуствени мрежи. Протеините, произведени чрез генно инженерство, се наричат рекомбинантни. Имайте предвид, че обикновено рекомбинантните спидроини са много по-малки от естествените, но структурата на молекулата (редуващи се хидрофилни и хидрофобни области) остава непроменена.

Има увереност, че изкуствената мрежа няма да бъде по-ниска по свойства от естествената и ще намери своето практическо приложение като издръжлив и екологичен материал. В Русия няколко научни групи от различни институти съвместно изучават свойствата на мрежата. Производството на рекомбинантна паяжина се извършва в Държавния изследователски институт по генетика и селекция на промишлени микроорганизми; физичните и химичните свойства на протеините се изучават в катедрата по биоинженерство на Биологическия факултет на Московския държавен университет. М. В. Ломоносов, продукти от протеини на паяжина се образуват в Института по биоорганична химия на Руската академия на науките, а медицинските им приложения се изучават в Института по трансплантология и изкуствени органи.

Коремната кухина на паяците съдържа множество арахноидни жлези. Техните канали се отварят в малки въртящи се тръби, които се намират в краищата на шест арахноидни брадавици на корема на паяка. Кръстосаният паяк например има около 500-550 такива тръбички. Арахноидните жлези произвеждат течен, вискозен секрет, състоящ се от протеин. Този секрет има способността незабавно да се втвърдява във въздуха. Следователно, когато протеиновата секреция на арахноидните жлези се секретира през въртящите се тръби, тя се втвърдява под формата на тънки нишки.

12
1. Кръстосан паяк (с отворена коремна кухина)
2. Паякообразни арахноидни брадавици

Паякът започва да върти мрежата си по следния начин: притиска брадавиците на мрежата към субстрата; в същото време малка част от освободения секрет се втвърдява, залепва за него. След това паякът продължава да изтегля вискозния секрет от мрежестите тръби с помощта на задните си крака. Когато се отдалечи от мястото на закрепване, останалата част от секрета просто се простира в бързо втвърдяващи се нишки.

Паяците използват мрежи за различни цели. В убежището в мрежата паякът намира благоприятен микроклимат, където също намира убежище от врагове и лошо време. Някои паяци плетат мрежи около стените на дупките си. Паякът плете лепкави мрежи за улавяне от мрежата си, за да улови плячка. От паяжини се правят и яйчни пашкули, в които се развиват яйца и млади паячета. Мрежата се използва и от паяците за пътуване - малките тарзани я използват за тъкане на предпазни нишки, които ги предпазват от падане при скачане. В зависимост от целта на употреба, паякът може да отделя лепкава или суха нишка с определена дебелина.

По отношение на химичния състав и физичните свойства паяжините са близки до коприната на копринени буби и гъсеници, само че е много по-здрава и еластична: ако натоварването на скъсване за коприната на гъсеницата е 33-43 kg на 1 mm 2, тогава за паяжините тя е от 40 до 261 kg на mm 2 (в зависимост от типа)!

Други паякообразни, като паякообразни акари и псевдоскорпиони, също могат да произвеждат мрежи. Истинско майсторство в тъкането на мрежи обаче постигнаха паяците. В крайна сметка е важно не само да можете да направите мрежа, но и да я произвеждате в големи количества. Освен това „станът“ трябва да бъде разположен на място, където е по-удобно за използване. При псевдоскорпионите и паяжинообразните акари суровинната основа на мрежата се намира... в главата, а апаратът за тъкане е разположен на устните придатъци. В условията на борба за съществуване животните, чиито глави са натежали с мозъци, а не с паяжини, получават предимство. Това са паяците. Коремът на паяка е истинска фабрика за паяжини, а въртящите се устройства - арахноидни брадавици - се образуват от атрофирали коремни крака от долната страна на корема. А крайниците на паяците са просто "златни" - те се въртят толкова сръчно, че всяка майсторка на дантела би им завидяла.

Виждайки паяк, много от нас се плашат и се опитват да го унищожат. А паяжините, които висят по ъглите и по дърветата?
Защо и как паяк го тъче?

Нека се опитаме да разберем това.
Първо, в корема на паяка има арахноидни жлези, които произвеждат лепилен секрет, който се втвърдява под формата на нишки във въздуха, а коремните крайници с подвижни брадавици образуват нишка, а след това и влакно от нишките. С помощта на гребеновидни нокти и четина на крайниците си паякът бързо се плъзга по мрежата.

Защо паякът се нуждае от мрежа?

Като мрежа за улов, защото те са истински хищници. Благодарение на вискозната течност много живи същества от насекоми до птици попадат в примката им.

Когато жертва попадне в капан, тя размахва мрежата и вибрациите предават сигнал на паяка. Той се приближава до трофея, поръсва с храносмилателен ензим, увива го в пашкул с мрежа и чака да му се наслади.

За размножаване
Мъжките паяци плетат връзки до мрежата на женската, след което редовно почукват с крайниците си, за да примамят женските за чифтосване. А женската отделя нишка, която помага да се намери индивид за чифтосване. Той от своя страна прикрепя мрежата си към основните нишки и сигнализира на своя избраник, че е тук, а тя без агресия се спуска по прикрепената мрежа, за да се чифтосва.

За движение
Има случаи, когато паяци са били видени на кораб в открито море.

Някои екземпляри използват мрежата като транспорт. Те се катерят на високи предмети и освобождават лепкава нишка, която моментално замръзва във въздуха; и паякът лети на паяжина с попътен вятър към ново място на пребиваване.
Не много големите възрастни паяци могат да се издигнат до 2-3 километра във въздуха и да пътуват по този начин.

Като застраховка
За скачачите уеб нишката служи като застраховка срещу хищници и за да могат да я използват, за да атакуват плячката.
Южноруската тарантула винаги има едва забележима мрежа, която се простира, за да намери входа на дупката си. Ако изведнъж нишката се скъса и той загуби къщата си, той започва да търси нова.
Конят може да спи и през нощта, като по този начин се спасява от врагове.

Като убежище за потомството
За да снася яйца, женската тъче пашкул от влакна от паяжина, което осигурява сигурност за бъдещото потомство.
Плочите (основни и покриващи) на пашкула са изтъкани от копринени нишки, напоени със замръзнало вещество, така че са много издръжливи, подобни на пергамент.
Има пашкули, които са рехави и приличат на памук.

За подплата
Тарантулата покрива стените на дупките си с мрежа, така че стените да не се разпадат, и изгражда оригинално подвижно покритие над входния отвор.
хващам плячка