Uže napravljeno od paučine. Kakav je značaj mreže u životu pauka? Sastav paukove mreže

Praktične prednosti weba.

Svaki Većina nas je dobro svjesna mreže: više puta smo se susreli s paučinom u šumi, pa čak i u vlastitom domu. Metlom četkaju paučinu iz ćoškova, a u šumi, kada slučajno upadnu licem u njih, nezadovoljno je otresu.

U međuvremenu, paukova mreža je vrlo zanimljiv i koristan prirodni materijal u praktičnoj primjeni, čija je ogromna važnost danas nezasluženo zasjenjena brojnim sintetičkim polimerima.

Najfinije niti najstarije mreže otkrili su u komadu ćilibara radnici na Univerzitetu Oxford u Istočnom Sussexu. Starost jedinstvenog nalaza procjenjuje se na oko 140 miliona godina. Do ovog trenutka, najstarijom se smatrala mreža u komadu ćilibara pronađenom u Libanu, datirana prije 130 miliona godina, a najstariji pauk pronađen je u ćilibaru star oko 120 miliona godina. Ćilibar, nastao prije više od 100 miliona godina, izuzetno je rijedak.

Koristeći najsavremenije ultramikroskopske tehnologije, naučnici su uspjeli identificirati najstariju paukovu mrežu čija je dužina niti bila nešto veća od milimetra. Zanimljivo je da je mreža slična onoj koju tkaju moderni pauci. Lokacija otkrivenih niti je omogućila da se utvrdi da su one bile potpore za mrežu kugle. U istom komadu ćilibara sačuvana su dva zamota drevne paučine.

Zahvaljujući ovom otkriću, paleobiolozi koji su ga proučavali sugerirali su da su pauči zapravo mnogo starija stvorenja nego što se mislilo. Ranije se vjerovalo da je široka rasprostranjenost letećih insekata, koji su služili kao plijen paukovima, uzrokovana pojavom cvjetnica na našoj planeti. Nakon proučavanja otkrića naučnika iz Oksforda, sugerisano je da su najstariji pauci lovili insekte koji puze i skaču tako što su tkali mreže na površini tla.

Pored paučine, u istom komadu ćilibara sačuvane su ugljenisane čestice izgorele kore i sok četinara. Vjerovatno je drvo ispustilo smolu koja je apsorbirala paučinu i nakon toga se pretvorila u ćilibar tokom šumskog požara.

Sami pauci koriste mreže za izgradnju skloništa, oblaganje jazbina, mreže za hvatanje i čahure jaja; mužjaci od nje prave mrežu sperme u svrhu razmnožavanja. Kod mladunaca nekih pauka duge niti mreže služe kao padobrani kada se raspršuju vjetrom. Prilikom izrade hvataljke, pauk prvo zateže okvir i radijalne niti, zatim postavlja privremeni potporni spiralni konac, a tek nakon toga plete ljepljivu spiralnu mrežu za hvatanje, nakon čega rez odgrize potporni konac.

Paukova mreža je protein obogaćen glicinom, alaninom i serinom. Unutar arahnoidne žlezde postoji u tečnom obliku. Kada se izlučuje kroz brojne predeće cijevi koje se otvaraju na površini arahnoidnih bradavica, struktura proteina se mijenja, zbog čega se stvrdne u obliku tanke niti. Nakon toga, pauk plete ove primarne niti u deblje mrežno vlakno.

Okosnicu mreže čine dva proteina: jači spidroin-1 i elastičniji spidroin-2. Kombinacija njihovih svojstava određuje jedinstvena svojstva weba.

Mreža može imati promjer do nekoliko milimetara i sastoji se od vrlo tankih niti. Mreža je izuzetno tanka i lagana. Da bi zaokružili ekvator naše planete, bilo bi potrebno samo 340 g!

Naučnike najviše zanima okvirni konac mreže, koji je neobično jak i elastičan. Malo ljudi zna da je paukova nit po čvrstoći bliska najlonu - njena vlačna čvrstoća se kreće od 40 do 260 kg/mm2, što je nekoliko puta jače od čelika. Kada bi mreža imala promjer od 1 mm, mogla bi izdržati opterećenje težine oko 200 kg. Čelična žica istog promjera može izdržati znatno manje: 30-100 kg, ovisno o vrsti čelika. Osim toga, neobično je elastičan.

Zanimljivo je da kada se mreža smoči, ona se jako skuplja (ovaj fenomen se naziva superkontrakcija). To se događa zato što molekuli vode prodiru u vlakno i čine neuređene hidrofilne regije pokretljivijim. Ako se mreža rastegnula i popustila zbog insekata, tada se na vlažan ili kišni dan skuplja i istovremeno vraća svoj oblik.

Još jedno neobično svojstvo paukove mreže je njena unutrašnja artikulacija: predmet obješen na vlakno paukove mreže može se neograničeno rotirati u istom smjeru, a u isto vrijeme ne samo da se neće uvijati, već uopće neće stvarati primjetnu protusilu. .

Kao što znate, ljudi su izvlačili prirodne niti iz prirodnih materijala sa dosta domišljatosti. Kasnije su se od takvih niti pojavile tkanine - od vune, pamuka, lana, koprive, pa čak i od najfinijih niti čahura svilene bube. Međutim, korištenje weba otvara nove perspektive u ovom smjeru, jer je odličan materijal za izradu izdržljivih i laganih tkanina.

Prvi pokušaj izrade takve tkanine napravio je prije tri stoljeća francuski entomolog Bon, koji je svoje prijedloge zamjene uvezene svile paukovom iznio Kraljevskom naučnom društvu. Kao uzorak uključene su čarape i rukavice od paukove svile. Ideja naučnika nije naišla na podršku zbog teškoća masovnog uzgoja pauka. Danas postoji rješenje za ovaj problem, ali je pojava velikog broja sintetičkih niti naglo smanjila potražnju za paukovom svilom.

Izuzetna po snazi, lakoći i ljepoti, tkanina od paukove mreže se i danas koristi i poznata je u Kini pod nazivom „Tkanina istočnog mora“. Polinežani su koristili mrežu velikih paukova kao konac za šivanje i tkanje ribolovne opreme. Početkom 18. stoljeća u Francuskoj su se od mreže križeva izrađivale rukavice i čarape koje su izazivale opće divljenje. Poznato je da se od jednog pauka odjednom može dobiti do 500 m konca. Godine 1899. pokušali su nabaviti tkaninu za pokrivanje zračnog broda od mreže velikog pauka s Madagaskara i uspjeli su proizvesti uzorak luksuzne tkanine dug 5 m.

Danas se paukove niti koriste uglavnom u optičkoj industriji za primjenu križića u optičkim instrumentima i kao niti u mikrohirurgiji, a zbog visokog sadržaja baktericidnih svojstava mogu se uspješno koristiti u medicini kao materijal za šavove, umjetne ligamente i tetive, folije za zacjeljivanje rana, opekotina itd.

Nemoguće je sintetizirati ovakvu vrstu proteina u laboratoriji hemijski – previše su složeni. Međutim, naučnici su uspjeli stvoriti neku vrstu umjetnog analoga koristeći biotehnološke tehnologije. Ovu nit su na čvrstoću testirali stručnjaci u Istraživačkom centru Uglekhimvolokno u Mitiščiju. Nit debljine samo nekoliko mikrona može izdržati 50-100 mg opterećenja pri prekidu. Ispostavilo se da je samo četiri puta manje izdržljiv od pauka, a ovo je vrlo dobar rezultat. Istovremeno, vrijednost energije rupture (elastičnosti) ove niti je već veća od one kosti ili tetive.

Od paučine se mogu napraviti ne samo niti, već i filmovi. Upravo u tom obliku planirano je korištenje “vještačke mreže” za izradu ljekovitih obloga za rane i opekotine, koje tijelo neće odbaciti i koje će stimulirati regeneraciju vlastitog epitela.

Pokušavano je da se paučina dobije prirodnim putem, slično svili. Čak su izmišljeni i razni uređaji za "muzu" pauka i pažljivo namotavanje delikatnih niti na kalem koji se polako okreće.

Bilo je nekoliko prepreka. Prvo, svadljiva priroda pauka: kada se drže zajedno, ove životinje se svađaju i jedu jedna drugu. Drugo, svaki pauk proizvodi vrlo malo mreže: procjenjuje se da će za proizvodnju 500 g vlakana biti potrebno 27 hiljada pauka prosječne veličine. Jasno je da produktivnost artropoda vjerojatno neće zadovoljiti industrijske zahtjeve. Postoji samo jedan izlaz: naučite da ga dobijete veštački.

Stanovnici pacifičkih ostrva "tjeraju" pauke da pletu ribarske mreže koje su neobično jake i gotovo nevidljive u vodi. A na ostrvu Madagaskar, koji se nalazi blizu istočne obale Afrike, mnogi seljani i dalje koriste paukove mreže umesto niti.

Tehnologija, koju je prije stotinu godina razvio francuski propovjednik, omogućila je prikupljanje zlatnih mreža od milion madagaskarskih pauka.

Likovni kritičar Simon Peers i njegov američki poslovni partner Nicholas Godley angažovali su nekoliko desetina radnika da kreiraju jedinstveno platno dimenzija 3,4 puta 1,2 metra.

Dobavljači "konaca" bili su milion paukova koji tkaju kugle (zlatni orb pauci), koji pripadaju rodu Nephila. Naučnik i preduzetnik potrošio je skoro pet godina svog života i oko 500 hiljada dolara da proizvede komad možda najneobičnije tkanine.

Goodley je prvi put došao na Madagaskar 1994. godine, gdje je osnovao malu kompaniju za proizvodnju proizvoda od vlakana Raphia palme. Godine 1999. Nicholas je objavio svoju prvu kolekciju modnih torbi (izgleda od istog materijala), a 2005. je zatvorio fabriku i u potpunosti se prebacio na proizvodnju "paukove tkanine" zajedno sa Pierceom.

Gudlija su na stvaranje ove neobične slike inspirisale priče o tome kako je u 19. veku francuski guverner jedne od provincija Madagaskara pokušao da uradi nešto slično. Međutim, Nikolas nije sa sigurnošću znao da li su ove priče istinite ili fikcija.

Zapravo, paukova svila nije posebno popularna među stanovnicima Madagaskara (to je razumljivo, jer je "standardnu" svilu mnogo lakše uzgajati). Međutim, u 19. veku, podanici Merinskog kraljevstva su ipak odlučili da rade s njim. Članovima kraljevskih porodica predstavljeni su proizvodi od paukove mreže. Postojala je čak i posebna tradicija tkanja niti.

Posao Pearcea i Goodleya započeo je kada su unajmili 70 radnika za prikupljanje pauka vrste Nephila madagascariensis u blizini glavnog grada Madagaskara, Antananariva.

Samo ženke stvaraju jedinstvenu, izdržljivu mrežu zlatne nijanse. Sakupljanje se odvijalo tokom kišne sezone, jer člankonošci proizvode svoje mreže samo u ovo doba godine (što nameće dodatna ograničenja u procesu proizvodnje mreže).

Da bi se stvorila neka vrsta fabrike za predenje, pauci su stavljeni u posebne komore u kojima su držani nepomični. Mora se reći da Nephila madagascariensis nisu otrovne, već grizu. Takođe mogu pobjeći ili pojesti jedni druge. „U početku smo imali 20 ženki, ali smo ubrzo završili sa tri, ali su bile jako debele“, kaže Pirs.

Tako su na kraju nemirna stvorenja izolovana jedno od drugog, a istovremeno se povećavao broj jedinki koje su istovremeno živele u fabrici.

Deset radnika skupljalo je mreže koje su visjele sa organa za predenje pauka. Na taj način je od jedne osobe bilo moguće dobiti oko 25 metara dragocjenog materijala.

Pearce napominje da četrnaest hiljada paukova proizvede otprilike 28 grama paukove svile, a ukupna težina finalnog komada tkanine iznosila je čak 1180 grama!

Zatim, da bi kreirali primarni konac, tkalci su ručno upredali 24 komada mreže u jedan, četiri primarna su zatim pretvorena u jedan glavni konac (ukupno 96 komada), i samo od toga su tkali tkaninu. Možete zamisliti koliko mukotrpan posao mora biti.

Materijal iz paukove mreže bit će koristan na bojnom polju, u hirurgiji, pa čak i u svemiru, sigurni su mnogi stručnjaci. Institut za bioorgansku hemiju Ruske akademije nauka, kao i Institut za transplantologiju i veštačke organe, zainteresovani su za dobijanje proizvoda od proteina paukove mreže.

U narodnoj medicini postoji takav recept: da biste zaustavili krvarenje, možete nanijeti paučinu na ranu ili ogrebotinu, pažljivo je očistiti od insekata i malih grančica zaglavljenih u njoj. Ispostavilo se da paukove mreže imaju hemostatski učinak i ubrzavaju zacjeljivanje oštećene kože. Hirurzi i transplantolozi mogli bi ga koristiti kao materijal za šivanje, jačanje implantata, pa čak i kao podlogu za umjetne organe. Korištenjem paukove mreže, mehanička svojstva mnogih materijala koji se trenutno koriste u medicini mogu se značajno poboljšati.

Predstavnici reda arahnida mogu se naći posvuda. To su grabežljivci koji love insekte. Svoj plijen hvataju pomoću mreže. Ovo je fleksibilno i izdržljivo vlakno za koje se lijepe muhe, pčele i komarci. Kako pauk plete mrežu je pitanje koje se često postavlja kada gledate neverovatnu mrežu za hvatanje.

Šta je web?

Pauci su jedni od najstarijih stanovnika planete, zbog svoje male veličine i specifičnog izgleda pogrešno se smatraju insektima. Zapravo, ovo su predstavnici reda artropoda. Telo pauka ima osam nogu i dva dela:

cefalotoraks;
abdomen.

Za razliku od insekata, nemaju antene i vrat koji odvaja glavu od grudi. Trbuh pauka je svojevrsna tvornica za proizvodnju paučine. Sadrži žlijezde koje proizvode sekret koji se sastoji od proteina obogaćenog alaninom koji daje snagu i glicinom koji je odgovoran za elastičnost. Po hemijskoj formuli, paučina je bliska svili insekata. Unutar žlijezda sekret je u tečnom stanju, ali kada je izložen zraku stvrdne.

Informacije. Svila gusjenica svilene bube i paukova mreža imaju sličan sastav - 50% je protein fibroina. Naučnici su otkrili da je paukova nit mnogo jača od lučenja gusjenice. To je zbog posebnosti formiranja vlakana

Odakle dolazi paukova mreža?

Na trbuhu artropoda nalaze se izrasline - arahnoidne bradavice. U njihovom gornjem dijelu otvaraju se kanali arahnoidnih žlijezda, formirajući niti. Postoji 6 vrsta žlijezda koje proizvode svilu za različite svrhe (pomicanje, spuštanje, zapletanje plijena, skladištenje jaja). Kod jedne vrste se svi ovi organi ne javljaju istovremeno, obično pojedinac ima 1-4 para žlijezda.

Na površini bradavica nalazi se do 500 rotirajućih cijevi koje opskrbljuju sekrecijom proteina. Pauk vrti svoju mrežu na sljedeći način:

paukove bradavice se pritiskaju na podlogu (drvo, trava, zid, itd.);
mala količina proteina prianja na odabranu lokaciju;
pauk se odmiče, povlačeći nit zadnjim nogama;
za glavni rad koriste se duge i fleksibilne prednje noge, uz njihovu pomoć stvara se okvir od suhih niti;
Završna faza izrade mreže je formiranje ljepljivih spirala.

Zahvaljujući zapažanjima naučnika, postalo je poznato odakle dolazi paukova mreža. Proizvode ga pokretne uparene bradavice na abdomenu.

Zanimljiva činjenica. Mreža je vrlo lagana; težina niti koja obavija Zemlju duž ekvatora bila bi samo 450 g.

Pauk izvlači konac iz trbuha

Kako napraviti mrežu za pecanje

Vjetar je paukov najbolji pomoćnik u izgradnji. Izvadivši tanku nit iz bradavica, paučnjak je izlaže strujanju zraka, koji smrznutu svilu prenosi na znatnu udaljenost. Ovo je tajni način na koji pauk plete mrežu između drveća. Mreža se lako prianja za grane drveća, koristeći ga kao uže, paučnjak se pomiče s mjesta na mjesto.

Određeni obrazac se može pratiti u strukturi weba. Njegova osnova je okvir od jakih i debelih niti raspoređenih u obliku zraka koje se razilaze iz jedne tačke. Počevši od vanjskog dijela, pauk stvara krugove, postepeno se krećući prema centru. Nevjerojatno je da bez ikakve opreme održava istu udaljenost između svakog kruga. Ovaj dio vlakana je ljepljiv i na njemu će se insekti zaglaviti.

Zanimljiva činjenica. Pauk jede sopstvenu mrežu. Naučnici nude dva objašnjenja za ovu činjenicu - na taj način se nadoknađuje gubitak proteina tokom popravke ribarske mreže, ili pauk jednostavno pije vodu koja visi na svilenim nitima.

Složenost web uzorka ovisi o vrsti pauka. Niži artropodi grade jednostavne mreže, dok viši grade složene geometrijske uzorke. Procjenjuje se da gradi zamku od 39 radijusa i 39 spirala. Pored glatkih radijalnih navoja, pomoćnih i hvatačkih spirala, postoje signalni navoji. Ovi elementi hvataju i prenose na grabežljivca vibracije uhvaćenog plijena. Ako naiđe neki strani predmet (grana, list), mali vlasnik ga odvoji i baci, a zatim vrati mrežu.

Veliki arborealni pauci vuku zamke promjera do 1 m. U njih ne padaju samo insekti, već i male ptice.

Koliko je vremena potrebno pauku da isplete mrežu?

Grabežljivac troši od pola sata do 2-3 sata da stvori otvorenu zamku za insekte. Njegovo vrijeme rada ovisi o vremenskim prilikama i planiranoj veličini mreže. Neke vrste tkaju svilene niti svakodnevno, radeći to ujutro ili uveče, ovisno o načinu života. Jedan od faktora koji određuje koliko je vremena potrebno pauku da isplete mrežu je njegova vrsta – ravna ili obimna. Ravni je poznata verzija radijalnih niti i spirala, a volumetrijski je zamka napravljena od grude vlakana.

Svrha weba

Fine mreže nisu samo zamke za insekte. Uloga mreže u životu pauka je mnogo šira.

Hvatanje plijena

Svi pauci su grabežljivci, koji ubijaju svoj plijen otrovom. Štoviše, neki pojedinci imaju krhku konstituciju i sami mogu postati žrtve insekata, na primjer, osa. Za lov im je potrebno sklonište i zamka. Ljepljiva vlakna obavljaju ovu funkciju. Oni zapliću plijen uhvaćen u mrežu u čahuru niti i ostavljaju ga dok ga ubrizgani enzim ne dovede u tečno stanje.

Vlakna arahnidne svile tanja su od ljudske kose, ali njihova specifična vlačna čvrstoća je uporediva sa čeličnom žicom.

Reprodukcija

Tokom perioda parenja, mužjaci pričvršćuju svoje niti na ženkinu mrežu. Ritmički udarajući po svilenim vlaknima, oni potencijalnom partneru saopštavaju svoje namjere. Ženka koja prima udvaranje silazi na teritoriju mužjaka da se pari. Kod nekih vrsta ženka inicira potragu za partnerom. Ona luči nit s feromonima, zahvaljujući kojoj je pauk pronalazi.

Dom za potomke

Čahuri za jaja su tkani od svilenkastog sekreta. Njihov broj, ovisno o vrsti artropoda, je 2-1000 komada. Ženke vješaju mrežne vrećice s jajima na sigurno mjesto. Ljuska čahure je prilično čvrsta, sastoji se od nekoliko slojeva i impregnirana je tekućim sekretom.

U svojoj jazbini, paučnjaci pletu mreže oko zidova. To pomaže u stvaranju povoljne mikroklime i služi kao zaštita od lošeg vremena i prirodnih neprijatelja.

Kretanje

Jedan od odgovora zašto pauk plete mrežu je da koristi niti kao vozilo. Za kretanje između drveća i grmlja, brzo razumijevanje i pad, potrebna su mu jaka vlakna. Da bi letjeli na velike udaljenosti, pauci se penju na povišene visine, oslobađaju mrežu koja se brzo stvrdnjava, a zatim uz nalet vjetra odlete nekoliko kilometara. Putovanja se najčešće odvijaju u toplim, vedrim danima indijskog ljeta.

Zašto se pauk ne drži svoje mreže?

Kako ne bi upao u vlastitu zamku, pauk pravi nekoliko suhih niti za kretanje. Savršeno se snalazim u zamršenosti mreža, a on se sigurno približava zaglavljenom plijenu. Obično sigurno područje ostaje u središtu ribarske mreže, gdje grabežljivac čeka plijen.

Interesovanje naučnika za interakciju pauka sa njihovim lovačkim zamkama počelo je pre više od 100 godina. U početku se sugeriralo da na njihovim šapama postoji poseban lubrikant koji sprječava lijepljenje. Potvrda teorije nikada nije pronađena. Snimanje specijalnom kamerom kretanja paukovih nogu duž vlakana iz smrznutog sekreta dalo je objašnjenje za mehanizam kontakta.

Pauk se ne drži svoje mreže iz tri razloga:

mnoge elastične dlake na nogama smanjuju područje kontakta s ljepljivom spiralom;
vrhovi paukovih nogu prekriveni su masnom tekućinom;
kretanje se odvija na poseban način.

Koja je tajna strukture nogu koja pomaže paucima da izbjegnu lijepljenje? Na svakoj nozi pauka nalaze se dvije potporne kandže kojima se drži za površinu i jedna fleksibilna kandža. Dok se kreće, pritišće niti uz fleksibilne dlačice na stopalu. Kada pauk podigne nogu, kandža se ispravi, a dlake odgurnu mrežu.

Drugo objašnjenje je nedostatak direktnog kontakta između noge pauka i ljepljivih kapljica. Padaju na dlake stopala, a zatim se lako vraćaju na konac. Koje god teorije da razmatraju zoolozi, ostaje nepromijenjena činjenica da pauci ne postaju zarobljenici vlastitih ljepljivih zamki.

Drugi paučnjaci, kao što su grinje i pseudoškorpioni, također mogu tkati mreže. Ali njihove se mreže po snazi i vještom tkanju ne mogu porediti s djelima pravih majstora - paukova. Moderna nauka još nije u stanju da reproducira web koristeći sintetičku metodu. Tehnologija izrade paukove svile ostaje jedna od misterija prirode.

Svako može lako obrisati paučinu koja visi između grana drveta ili ispod plafona u krajnjem uglu sobe. Ali malo ljudi zna da kada bi mreža imala promjer od 1 mm, mogla bi izdržati opterećenje težine oko 200 kg. Čelična žica istog promjera može izdržati znatno manje: 30-100 kg, ovisno o vrsti čelika. Zašto web ima tako izuzetna svojstva?

Neki pauci vrte do sedam vrsta niti, od kojih svaka ima svoju svrhu. Konci se mogu koristiti ne samo za hvatanje plijena, već i za pravljenje čahura i padobranstvo (polijetanjem na vjetru pauci mogu pobjeći od iznenadne prijetnje, a mladi pauci se na taj način šire na nove teritorije). Svaku vrstu mreže proizvode posebne žlijezde.

Mreža koja se koristi za hvatanje plijena sastoji se od nekoliko vrsta niti (slika 1): okvir, radijalni, hvatač i pomoćni. Najveći interes naučnika je konac okvira: on ima i visoku čvrstoću i visoku elastičnost - upravo je ova kombinacija svojstava jedinstvena. Konačna zatezna čvrstoća niti okvira pauka Araneus diadematus je 1,1–2,7. Za poređenje: vlačna čvrstoća čelika je 0,4–1,5 GPa, a ljudske kose 0,25 GPa. Istovremeno, navoj okvira može se rastegnuti za 30-35%, a većina metala može izdržati deformaciju od najviše 10-20%.

Zamislimo letećeg insekta koji udari u razvučenu mrežu. U tom slučaju, nit mreže se mora rastegnuti tako da se kinetička energija letećeg insekta pretvori u toplinu. Ako bi mreža primljenu energiju pohranila u obliku energije elastične deformacije, tada bi se insekt odbio od mreže kao od trampolina. Važno svojstvo mreže je da oslobađa veoma veliku količinu toplote tokom brzog istezanja i naknadnog skupljanja: energija oslobođena po jedinici zapremine je više od 150 MJ/m 3 (čelik oslobađa 6 MJ/m 3). Ovo omogućava mreži da efikasno rasprši energiju udara i da se ne rasteže previše kada je žrtva uhvaćena u njoj. Paukova mreža ili polimeri sličnih svojstava mogli bi biti idealni materijali za lagane pancire.

Dakle, paukova mreža je neobičan i vrlo obećavajući materijal. Koji su molekularni mehanizmi odgovorni za njegova izuzetna svojstva?

Navikli smo na činjenicu da su molekuli izuzetno mali objekti. Međutim, to nije uvijek slučaj: oko nas su rasprostranjeni polimeri koji imaju dugačke molekule koje se sastoje od identičnih ili sličnih jedinica. Svi znaju da su genetske informacije živog organizma zapisane u dugim molekulima DNK. Svi su u rukama držali plastične vrećice koje su se sastojale od dugih isprepletenih molekula polietilena. Molekuli polimera mogu dostići ogromne veličine.

Na primjer, masa jednog molekula ljudske DNK je oko 1,9·10 12 amu. (međutim, to je otprilike sto milijardi puta više od mase molekula vode), dužina svakog molekula je nekoliko centimetara, a ukupna dužina svih molekula ljudske DNK doseže 10 11 km.

Najvažnija klasa prirodnih polimera su proteini; oni se sastoje od jedinica koje se nazivaju aminokiseline. Različiti proteini obavljaju izuzetno različite funkcije u živim organizmima: kontroliraju kemijske reakcije, koriste se kao građevinski materijali, za zaštitu itd.

Nit skele mreže sastoji se od dva proteina, koji se nazivaju spidroini 1 i 2 (od engleskog pauk- pauk). Spidroini su dugački molekuli s masama u rasponu od 120.000 do 720.000 amu. Aminokiselinske sekvence spidroina mogu se razlikovati od pauka do pauka, ali svi spidroini imaju zajedničke karakteristike. Ako mentalno ispružite dugu molekulu spidroina u pravoj liniji i pogledate redoslijed aminokiselina, ispostavit će se da se sastoji od ponavljajućih dijelova koji su međusobno slični (slika 2). U molekuli se izmjenjuju dvije vrste regija: relativno hidrofilne (one koje su energetski povoljne za kontakt s molekulima vode) i relativno hidrofobne (one koje izbjegavaju kontakt s vodom). Na krajevima svake molekule postoje dva neponavljajuća hidrofilna regiona, a hidrofobni regioni se sastoje od mnogih ponavljanja aminokiseline zvane alanin.

Dugačak molekul (npr. protein, DNK, sintetički polimer) se može zamisliti kao zgužvano, zapetljano uže. Istezanje nije teško, jer se petlje unutar molekula mogu ispraviti, što zahtijeva relativno malo truda. Neki polimeri (kao što je guma) mogu se rastegnuti do 500% svoje prvobitne dužine. Dakle, sposobnost paukove mreže (materijala sastavljenog od dugih molekula) da se deformiše više od metala nije iznenađujuća.

Odakle dolazi snaga weba?

Da biste ovo razumjeli, važno je pratiti proces formiranja niti. Unutar paukove žlijezde, spidroini se akumuliraju u obliku koncentrirane otopine. Kada se filament formira, ova otopina napušta žlijezdu kroz uski kanal, to pomaže da se molekuli rastežu i orijentiraju duž smjera istezanja, a odgovarajuće kemijske promjene uzrokuju da se molekuli drže zajedno. Fragmenti molekula koji se sastoje od alanina spajaju se i formiraju uređenu strukturu, sličnu kristalu (slika 3). Unutar takve strukture, fragmenti su položeni paralelno jedan s drugim i međusobno povezani vodoničnim vezama. Upravo ove oblasti, međusobno povezane, daju snagu vlakna. Tipična veličina tako gusto zbijenih područja molekula je nekoliko nanometara. Hidrofilna područja koja se nalaze oko njih ispadaju nasumično namotana, slično zgužvanim užadima, mogu se ispraviti i time osigurati rastezanje mreže.

Mnogi kompozitni materijali, kao što je ojačana plastika, izrađeni su na istom principu kao i konac za skele: u relativno mekoj i fleksibilnoj matrici, koja omogućava deformaciju, postoje male tvrde površine koje materijal čine čvrstim. Iako naučnici o materijalima već dugo rade sa sličnim sistemima, kompoziti koje je napravio čovjek tek počinju da se približavaju paukovima po svojim svojstvima.

Zabilježimo i zanimljivu osobinu formiranja niti. Pauk proteže mrežu pod utjecajem vlastite težine, ali rezultirajuća mreža (promjer niti približno 1-10 μm) obično može podržati masu šest puta veću od mase samog pauka. Ako povećate težinu pauka rotirajući ga u centrifugi, on počinje lučiti deblju i izdržljiviju, ali manje krutu mrežu.

Kada je u pitanju korištenje paukove mreže, postavlja se pitanje kako je nabaviti u industrijskim količinama. U svijetu postoje instalacije za paukove "muze", koji izvlače niti i namotaju ih na posebne kalemove. Međutim, ova metoda je neučinkovita: za akumulaciju 500 g mreže potrebno je 27 tisuća pauka srednje veličine. I tu bioinženjering dolazi u pomoć istraživačima. Moderne tehnologije omogućavaju uvođenje gena koji kodiraju proteine paukove mreže u različite žive organizme, kao što su bakterije ili kvasac. Ovi genetski modificirani organizmi postaju izvori umjetnih mreža. Proteini proizvedeni genetskim inženjeringom nazivaju se rekombinantnim. Imajte na umu da su obično rekombinantni spidroini mnogo manji od prirodnih, ali struktura molekula (naizmjenične hidrofilne i hidrofobne regije) ostaje nepromijenjena.

Postoji povjerenje da umjetna mreža neće biti inferiorna po svojstvima od prirodnih i da će naći svoju praktičnu primjenu kao izdržljiv i ekološki prihvatljiv materijal. U Rusiji nekoliko naučnih grupa iz različitih instituta zajednički proučavaju svojstva weba. Proizvodnja rekombinantne paukove mreže vrši se u Državnom istraživačkom institutu za genetiku i selekciju industrijskih mikroorganizama, a fizička i hemijska svojstva proteina proučavaju se na Katedri za bioinženjering Biološkog fakulteta Moskovskog državnog univerziteta. M.V. Lomonosova, proizvodi iz proteina paukove mreže nastaju na Institutu za bioorgansku hemiju Ruske akademije nauka, a njihova medicinska primena se proučava u Institutu za transplantologiju i veštačke organe.

Trbuh pauka sadrži brojne arahnoidne žlijezde. Njihovi kanali se otvaraju u sitne rotirajuće cijevi, koje se nalaze na krajevima šest arahnoidnih bradavica na trbuhu pauka. Križni pauk, na primjer, ima oko 500-550 takvih cijevi. Arahnoidne žlijezde proizvode tečni, viskozni sekret koji se sastoji od proteina. Ova tajna ima sposobnost da se trenutno stvrdne na vazduhu. Stoga, kada se proteinska sekrecija arahnoidnih žlijezda izlučuje kroz predeće cijevi, ona se stvrdne u obliku tankih niti.

12
1. Križni pauk (sa otvorenom trbušnom šupljinom)
2. Paukove arahnoidne bradavice

Pauk počinje da vrti svoju mrežu ovako: pritišće bradavice mreže na podlogu; u isto vrijeme, mali dio oslobođenog sekreta, stvrdne se, zalijepi za njega. Pauk zatim nastavlja da izvlači viskozni sekret iz mrežnih cijevi koristeći svoje zadnje noge. Kada se udalji od mjesta vezivanja, ostatak sekreta jednostavno se razvuče u niti koje se brzo stvrdnjavaju.

Pauci koriste mreže u razne svrhe. U mrežnom skloništu pauk pronalazi povoljnu mikroklimu, gdje se također skriva od neprijatelja i lošeg vremena. Neki pauci pletu mrežu oko zidova svojih jazbina. Pauk plete ljepljive mreže za zamku sa svoje mreže kako bi uhvatio plijen. Od paučine se prave i čahure jaja, u kojima se razvijaju jaja i mladi pauci. Mrežu koriste i pauci za putovanja - mali Tarzani njome pletu sigurnosne niti koje ih štite od pada pri skakanju. Ovisno o svrsi upotrebe, pauk može lučiti ljepljivu ili suhu nit određene debljine.

Po hemijskom sastavu i fizičkim svojstvima, paučina je bliska svili svilenih buba i gusjenica, samo što je mnogo jača i elastičnija: ako je lomno opterećenje za svilu gusjenice 33-43 kg po 1 mm 2, onda je za paučinu to je od 40 do 261 kg po mm 2 (ovisno o vrsti)!

Drugi paukovi, kao što su paukove grinje i pseudoškorpioni, također mogu proizvoditi mreže. Međutim, pauci su postigli pravo majstorstvo u tkanju mreža. Na kraju krajeva, važno je ne samo moći napraviti mrežu, već je i proizvoditi u velikim količinama. Osim toga, "razboj" bi trebao biti smješten na mjestu gdje je pogodnije za korištenje. Kod pseudoškorpiona i paučinastih grinja sirovinska baza mreže nalazi se... u glavi, a aparat za tkanje na usnim privjescima. U uslovima borbe za egzistenciju prednost imaju životinje čije su glave opterećene mozgom, a ne paučinom. To su pauci. Trbuh pauka je prava fabrika mreže, a od atrofiranih trbušnih nogu na donjoj strani trbuha formiraju se uređaji za predenje - arahnoidne bradavice. A udovi pauka su jednostavno "zlatni" - vrte se tako spretno da bi im pozavidjela svaka čipkarica.

Kada vide pauka, mnogi od nas se uplaše i pokušavaju da ga unište. A paučina koja visi po uglovima i drveću?
Zašto i kako ga pauk plete?

Hajde da pokušamo ovo da shvatimo.
Prvo, u abdomenu pauka nalaze se arahnoidne žlijezde koje proizvode ljepljivu sekreciju koja se stvrdne u obliku niti u zraku, a trbušni udovi s pokretnim bradavicama formiraju nit, a zatim vlakno od niti. Uz pomoć kandži u obliku češlja i čekinja na udovima, pauk brzo klizi duž mreže.

Zašto je pauku potrebna mreža?

Kao mreža za hvatanje, jer su pravi grabežljivci. Zbog viskozne tečnosti, mnoga živa bića, od insekata do ptica, upadaju u njihovu zamku.

Kada žrtva upadne u zamku, žrtva zamahne mrežu, a vibracije prenose signal pauku. Prilazi trofeju, poškropi probavni enzim, umota ga u čahuru s mrežom i čeka da uživa.

Za reprodukciju
Mužjaci pauka pletu vezice pored ženkine mreže, a zatim redovno kucaju udovima kako bi namamili ženke na parenje. A ženka luči nit koja pomaže u pronalaženju jedinke za parenje. On zauzvrat vezuje svoju mrežu na glavne niti i signalizira svojoj odabranici da je ovdje, a ona se, bez agresije, spušta duž spojene mreže da se pari.

Za kretanje
Bilo je slučajeva da su pauci viđeni na brodu na otvorenom moru.

Neki primjerci koriste mrežu kao transport. Penju se na visoke predmete i oslobađaju ljepljivu nit koja se odmah smrzava u zraku; a pauk leti na paučini uz čeoni vjetar u novo mjesto stanovanja.
Ne baš veliki odrasli pauci mogu se podići do 2-3 kilometra u zrak i putovati ovim putem.

Kao osiguranje
Za skakače, web nit služi kao osiguranje od grabežljivaca i tako da je mogu koristiti za napad na plijen.
Južnoruska tarantula uvijek ima jedva primjetnu mrežu koja se proteže kako bi pronašla ulaz u svoju jazbinu. Ako iznenada nit pukne i izgubi kuću, počinje da traži novu.
Konj može spavati i noću, bježeći tako od neprijatelja.

Kao utočište za potomke
Za polaganje jaja, ženka plete čahuru od paukove mreže, koja pruža sigurnost budućem potomstvu.
Ploče (glavne i pokrivne) čahure su tkane od svilenih niti natopljenih smrznutom tvari, pa su vrlo izdržljive, slične pergamentu.
Postoje čahure koje su labave i liče na vatu.

Za podstavu
Tarantula pokriva zidove svojih jazbina mrežom kako se zidovi ne bi raspadali, a preko ulazne rupe gradi originalni pokretni poklopac.
uhvatiti plijen