Uže napravljeno od paučine. Koje je značenje mreže u životu pauka? Sastav paukove mreže

Praktične prednosti weba.

Svaki Većina nas dobro poznaje mrežu: više puta smo se susreli s paučinom u šumi, pa čak i u vlastitom domu. Metlom vade paučinu iz uglova, au šumi je, kad slučajno u nju udare licem, s negodovanjem otresu.

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

Najfinije niti najstarije mreže otkrili su u komadu jantara radnici sa Sveučilišta Oxford u istočnom Sussexu. Starost jedinstvenog nalaza procjenjuje se na oko 140 milijuna godina. Do sada se najstarijom smatrala mreža u komadu jantara pronađenom u Libanonu, datirana prije 130 milijuna godina, a najstariji pauk pronađen je u jantaru starom oko 120 milijuna godina. Jantar, nastao prije više od 100 milijuna godina, izuzetno je rijedak.

Koristeći najsuvremenije tehnologije ultramikroskopije, znanstvenici su uspjeli identificirati najstariju paukovu mrežu čija je duljina niti bila nešto veća od milimetra. Zanimljivo je da je mreža slična onoj koju pletu moderni pauci. Položaj otkrivenih niti omogućio je utvrđivanje da se radi o nosačima za mrežu kugle. Isti komad jantara sačuvao je dva pramena drevne paučine.

Zahvaljujući ovom otkriću, paleobiolozi koji su ga proučavali sugerirali su da su paučnjaci zapravo puno starija stvorenja nego što se prije mislilo. Ranije se vjerovalo da je široka rasprostranjenost letećih insekata, koji su služili kao plijen za paučnjake, uzrokovana pojavom cvjetnica na našem planetu. Nakon proučavanja otkrića znanstvenika s Oxforda, sugerirano je da su najstariji paučnjaci lovili puzave i skačuće insekte tkanjem mreže na površini tla.

Osim paučine, isti komad jantara sačuvao je pougljenjene čestice spaljene kore i sok crnogoričnog drveta. Vjerojatno je stablo pustilo smolu koja je upila paučinu i nakon toga se pretvorila u jantar tijekom šumskog požara.

Sami pauci koriste mreže za izgradnju skloništa, postavljanje jazbina, mreža za hvatanje i čahura za jaja; mužjaci od nje prave mrežu spermija u svrhu razmnožavanja. Kod mladih nekih pauka duge niti mreže služe kao padobrani kada se raznose vjetrom. Prilikom izrade hvatne mreže, pauk najprije zateže okvir i radijalne niti, zatim postavlja privremenu potpornu spiralnu nit, a tek nakon toga plete ljepljivu spiralnu hvatačku mrežu, nakon čega rez odgriza potpornu nit.

Paukova mreža je protein obogaćen glicinom, alaninom i serinom. Unutar arahnoidne žlijezde postoji u tekućem obliku. Prilikom izlučivanja kroz brojne vrteće se cjevčice koje se otvaraju na površini arahnoidnih bradavica dolazi do promjene strukture proteina, zbog čega on otvrdne u obliku tanke niti. Nakon toga, pauk plete ove primarne niti u deblje vlakno mreže.

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 se okružio ekvator našeg planeta, bilo bi potrebno samo 340 g!

Znanstvenike najviše zanima okvirna nit mreže, koja je neobično čvrsta i elastična. Malo ljudi zna da je paukova nit po čvrstoći bliska najlonu - njena vlačna čvrstoća kreće se od 40 do 260 kg/mm2, što je nekoliko puta jače od čelika. Kad bi mreža imala promjer od 1 mm, mogla bi izdržati teret težine približno 200 kg. Čelična žica istog promjera može izdržati znatno manje: 30-100 kg, ovisno o vrsti čelika. Osim toga, neobično je elastičan.

Zanimljivo, kada se mreža smoči, jako se steže (taj se fenomen naziva superkontrakcija). To se događa jer molekule vode prodiru u vlakno i čine poremećena hidrofilna područja pokretljivijima. Ako se mreža rastegnula i objesila zbog insekata, tada se na vlažnom ili kišnom danu skuplja i istovremeno vraća svoj oblik.

Još jedno neobično svojstvo paukove mreže je njezina unutarnja artikulacija: predmet obješen na vlakno paukove mreže može se neograničeno okretati u istom smjeru, a pritom ne samo da se neće uvijati, nego uopće neće stvarati zamjetnu protusilu .

Kao što znate, ljudi su iz prirodnih materijala izvlačili prirodne niti s 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 izglede u tom smjeru, jer izvrstan je materijal za izradu izdržljivih i laganih tkanina.

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

Iznimne snage, lakoće i ljepote, paukova mreža se koristi i danas, au Kini je poznata pod imenom "Eastern Sea Fabric". Polinežani su koristili mrežu velikih mrežnih paukova kao konac za šivanje i tkanje ribolovne opreme. Početkom 18. stoljeća u Francuskoj su se od spleta križeva izrađivale rukavice i čarape, što je izazivalo sveopće divljenje. Poznato je da se od jednog pauka odjednom može dobiti do 500 m niti. Godine 1899. pokušali su dobiti tkaninu za prekrivanje zračnog broda iz mreže velikog madagaskarskog pauka i uspjeli proizvesti uzorak luksuzne tkanine dug 5 m.

Danas se niti paukove mreže uglavnom koriste u optičkoj industriji za primjenu nišana u optičkim instrumentima i kao niti u mikrokirurgiji, a zbog visokog udjela baktericidnih svojstava mogu se uspješno koristiti u medicini kao šavni materijal, umjetni ligamenti i tetive, filmovi za zacjeljivanje rana, opeklina itd.

Nemoguće je kemijski sintetizirati ovu vrstu proteina u laboratoriju - presloženi su. Međutim, znanstvenici su uspjeli stvoriti neku vrstu umjetnog analoga koristeći biotehnološke tehnologije. Čvrstoću ove niti testirali su stručnjaci u istraživačkom centru Uglekhimvolokno u Mytishchiju. Nit debljine samo nekoliko mikrona može izdržati 50-100 mg opterećenja pri prekidu. Pokazalo se da je samo četiri puta manje izdržljiv od onog pauka, a to je vrlo dobar rezultat. Istodobno, vrijednost energije kidanja (elastičnosti) ove niti već je veća nego kod kosti ili tetive.

Od paučine se mogu napraviti ne samo niti, već i filmovi. Upravo u tom obliku planira se koristiti “umjetna mreža” za izradu ljekovitih obloga za rane i opekline, koje tijelo neće odbaciti i potaknuti će regeneraciju vlastitog epitela.

Paučina se pokušala dobiti prirodnim putem, slično svili. Čak su izumljeni različiti uređaji za "muženje" pauka i pažljivo namotavanje osjetljivih niti na sporo rotirajući kalem.

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

Stanovnici pacifičkih otoka "tjeraju" pauke da pletu ribarske mreže koje su neobično jake i gotovo nevidljive u vodi. A na otoku Madagaskaru, koji se nalazi blizu istočne obale Afrike, mnogi seljani još uvijek koriste paukovu mrežu umjesto niti.

Tehnologija koju je prije stotinjak godina razvio jedan francuski propovjednik omogućila je prikupljanje zlatnih mreža s milijuna paukova s Madagaskara.

Likovni kritičar Simon Peers i njegov američki poslovni partner Nicholas Godley angažirali su nekoliko desetaka radnika kako bi izradili jedinstveno platno dimenzija 3,4 puta 1,2 metra.

Dobavljači "niti" bili su milijun pauka koji pletu kugle (zlatni pauci), koji pripadaju rodu Nephila. Znanstvenik i poduzetnik potrošio je gotovo pet godina svog života i oko 500 tisuća dolara kako bi proizveo komad možda najneobičnije tkanine.

Goodley je prvi put došao na Madagaskar 1994. godine, gdje je osnovao malu tvrtku za proizvodnju robe od vlakana palme Raphia. Godine 1999. Nicholas je izdao svoju prvu kolekciju modnih torbi (navodno od istog materijala), a 2005. zatvorio je tvornicu i zajedno s Pierceom potpuno se prebacio na proizvodnju "pauk tkanine".

Na ovu neobičnu sliku Goodleya su inspirirale priče o tome kako je u 19. stoljeću francuski guverner jedne od provincija Madagaskara pokušao napraviti nešto slično. Međutim, Nicholas nije sa sigurnošću znao jesu li te priče istinite ili izmišljene.

Zapravo, paukova svila nije osobito popularna među stanovnicima Madagaskara (to je razumljivo, jer je "standardnu" svilenu bubu puno lakše uzgajati). Međutim, u 19. stoljeću podanici Kraljevstva Merina ipak su odlučili raditi s njim. Proizvodi izrađeni od paukove mreže predstavljeni su članovima kraljevskih obitelji. Postojala je čak i posebna tradicija tkanja niti.

Rad Pearcea i Goodleya započeo je kada su unajmili 70 radnika da skupljaju pauke vrste Nephila madagascariensis u blizini glavnog grada Madagaskara, Antananariva.

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

Da bi se stvorila neka vrsta tvornice za predenje, pauci su smješteni u posebne komore gdje su držani nepomični. Mora se reći da Nephila madagascariensis nisu otrovne, ali grizu. Također mogu pobjeći ili pojesti jedna drugu. “Prvo smo imali 20 ženki, no ubrzo smo završili s tri, ali bile su jako debele”, kaže Pierce.

Tako su na kraju nemirna bića izolirana jedna od drugih, dok se istovremeno povećavao broj jedinki koje su istovremeno živjele u tvornici.

Deset radnika skupljalo je mrežu koja je visjela s organa za predenje pauka. Na taj je način od jedne jedinke bilo moguće dobiti oko 25 metara dragocjenog materijala.

Pearce napominje da četrnaest tisuća pauka proizvede otprilike 28 grama paukove svile, a ukupna težina konačnog komada tkanine bila je čak 1180 grama!

Zatim, kako bi stvorili primarnu nit, tkalci su ručno upredali 24 komada mreže u jednu, četiri primarna su zatim pretvorena u jednu glavnu nit (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 kirurgiji, pa čak iu svemiru, uvjereni su mnogi stručnjaci. Institut za bioorgansku kemiju Ruske akademije znanosti, kao i Institut za transplantologiju i umjetne organe, zainteresirani su za dobivanje proizvoda iz 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 paukova mreža ima hemostatski učinak i ubrzava zacjeljivanje oštećene kože. Kirurzi i transplantolozi mogli bi ga koristiti kao materijal za šivanje, ojačavanje implantata, pa čak i kao uložak za umjetne organe. Korištenjem paukove mreže mogu se značajno poboljšati mehanička svojstva mnogih materijala koji se trenutno koriste u medicini.

Predstavnici reda paučnjaka mogu se naći posvuda. To su grabežljivci koji love insekte. Svoj plijen hvataju mrežom. Ovo je fleksibilno i izdržljivo vlakno na koje se lijepe muhe, pčele i komarci. Kako pauk plete mrežu često se postavlja pitanje kada se gleda nevjerojatna mreža za hvatanje.

Što je web?

Pauci su jedni od najstarijih stanovnika planeta, a zbog svoje male veličine i specifičnog izgleda pogrešno se smatraju kukcima. Zapravo, to su predstavnici reda člankonožaca. Tijelo pauka ima osam nogu i dva dijela:

cefalotoraks;
trbuh.

Za razliku od insekata, nemaju antene i vrat koji odvaja glavu od prsa. Trbuh paučnjaka svojevrsna je 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. Prema kemijskoj formuli, paučina je bliska svili insekata. Unutar žlijezda sekret je u tekućem stanju, ali kada je izložen zraku, stvrdne se.

Informacija. Svila gusjenica dudovog svilca i paukova mreža imaju sličan sastav - 50% je protein fibroin. Znanstvenici su otkrili da je paukova nit puno jača od izlučevina gusjenice. To je zbog osobitosti formiranja vlakana

Odakle dolazi paukova mreža?

Na trbuhu člankonožaca nalaze se izrasline - arahnoidne bradavice. U njihovom gornjem dijelu otvaraju se kanali arahnoidnih žlijezda, tvoreći niti. Postoji 6 vrsta žlijezda koje proizvode svilu za različite svrhe (kretanje, spuštanje, zaplitanje plijena, spremanje jaja). Kod jedne vrste svi ovi organi ne pojavljuju se u isto vrijeme, obično jedinka ima 1-4 para žlijezda.

Na površini bradavica nalazi se do 500 vrtećih cjevčica koje opskrbljuju izlučivanje proteina. Pauk ispreda svoju mrežu na sljedeći način:

paukove bradavice su pritisnute na podlogu (stablo, trava, zid itd.);
mala količina proteina prianja na odabrano mjesto;
pauk se odmiče, povlačeći konac stražnjim 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 promatranjima znanstvenika, postalo je poznato odakle dolazi paukova mreža. Proizvode ga pokretne parne bradavice na trbuhu.

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

Pauk izvlači konac iz trbuha

Kako izgraditi ribarsku mrežu

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

Određeni obrazac može se pratiti u strukturi mreže. Njegova osnova je okvir jakih i debelih niti raspoređenih u obliku zraka koje se divergiraju iz jedne točke. Počevši od vanjskog dijela, pauk stvara krugove, postupno se krećući prema središtu. Nevjerojatno je da bez ikakve opreme održava isti razmak između svakog kruga. Ovaj dio vlakana je ljepljiv i tu će se kukci zaglaviti.

Zanimljiva činjenica. Pauk jede vlastitu mrežu. Znanstvenici nude dva objašnjenja za ovu činjenicu - na taj način se nadoknađuje gubitak proteina tijekom popravka ribarske mreže ili pauk jednostavno pije vodu koja visi na svilenim nitima.

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

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

Koliko vremena treba 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 uvjetima i planiranoj veličini mreže. Neke vrste svakodnevno tkaju svilene niti, radeći to ujutro ili navečer, ovisno o načinu života. Jedan od čimbenika koji određuju koliko je vremena potrebno pauku da isplete mrežu je njegova vrsta - ravna ili voluminozna. Ravna je poznata verzija radijalnih niti i spirala, a volumetrijska je zamka napravljena od grumena vlakana.

Svrha weba

Fine mreže nisu samo zamke za insekte. Uloga mreže u životu paučnjaka mnogo je 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 potreban zaklon i zamka. Tu funkciju obavljaju ljepljiva vlakna. Plijen uhvaćen u mrežu zapliću u čahuru od niti i ostavljaju ga dok ga ubrizgani enzim ne dovede u tekuće stanje.

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

Reprodukcija

Tijekom razdoblja parenja, mužjaci pričvršćuju svoje niti na mrežu ženke. Ritmičkim udaranjem po svilenim vlaknima potencijalnom partneru poručuju svoje namjere. Ženka kojoj se udvara silazi na teritorij mužjaka kako bi se parila. Kod nekih vrsta ženka inicira potragu za partnerom. Ona luči nit s feromonima, zahvaljujući kojima je pauk pronalazi.

Dom za potomstvo

Čahure za jaja tkane su od svilenkastog mrežnog izlučevina. Njihov broj, ovisno o vrsti člankonožaca, iznosi 2-1000 komada. Ženke objese mrežne vrećice s jajima na sigurno mjesto. Ljuska čahure je prilično jaka, sastoji se od nekoliko slojeva i impregnirana je tekućinom.

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

Kretanje

Jedan od odgovora na pitanje 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 velikim udaljenostima, pauci se penju na povišene visine, oslobađaju mrežu koja se brzo stvrdnjava, a zatim uz nalet vjetra odlete nekoliko kilometara. Najčešće se putovanja obavljaju u toplim, vedrim danima indijskog ljeta.

Zašto se pauk ne drži svoje mreže?

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

Zanimanje znanstvenika za interakciju paučnjaka s njihovim lovnim zamkama počelo je prije više od 100 godina. U početku se sugeriralo da na njihovim šapama postoji poseban lubrikant koji sprječava lijepljenje. Nikada nije pronađena potvrda te teorije. Snimanje posebnom 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 uljastom tekućinom;
kretanje se događa na poseban način.

Koja je tajna strukture nogu koja pomaže paučnjacima da se ne zalijepe? Na svakoj nozi pauka nalaze se dvije potporne kandže kojima se drži za površinu i jedna savitljiva kandža. Dok se kreće, pritišće niti uz savitljive dlake na stopalu. Kad pauk podigne nogu, kandže se ispravljaju, a dlake guraju mrežu.

Drugo objašnjenje je nedostatak izravnog kontakta između noge paučnjaka i ljepljivih kapljica. Padaju na dlačice stopala, a zatim se lako vraćaju na nit. Koje god teorije zoolozi razmatrali, ostaje nepromijenjena činjenica da pauci ne postaju zarobljenici vlastitih ljepljivih zamki.

Drugi paučnjaci, poput grinja i pseudoškorpiona, također mogu plesti mrežu. Ali njihove mreže ne mogu se usporediti u snazi i vještom tkanju s djelima pravih majstora - pauka. Moderna znanost još nije u stanju reproducirati web koristeći sintetičku metodu. Tehnologija izrade paukove svile ostaje jedna od misterija prirode.

Svatko može lako obrisati paučinu koja visi između grana drveta ili ispod stropa u udaljenom kutu sobe. Ali malo ljudi zna da kada bi mreža imala promjer od 1 mm, mogla bi izdržati opterećenje od približno 200 kg. Čelična žica istog promjera može izdržati znatno manje: 30–100 kg, ovisno o vrsti čelika. Zašto web ima tako iznimna svojstva?

Neki pauci predu i do sedam vrsta niti, od kojih svaka ima svoju svrhu. Niti se mogu koristiti ne samo za hvatanje plijena, već i za izgradnju čahura i skok padobranom (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 služi za hvatanje plijena sastoji se od nekoliko vrsta niti (slika 1): okvirne, radijalne, hvatačke i pomoćne. Najveći interes znanstvenika je okvirna nit: ima i visoku čvrstoću i visoku elastičnost - to je kombinacija svojstava koja je jedinstvena. Krajnja vlačna čvrstoća navoja okvira pauka Araneus diadematus iznosi 1,1–2,7. Za usporedbu: vlačna čvrstoća čelika je 0,4–1,5 GPa, a ljudske kose 0,25 GPa. Istodobno, navoj okvira može se rastegnuti za 30–35%, a većina metala može izdržati deformaciju ne veću od 10–20%.

Zamislimo letećeg kukca koji udari u razapetu mrežu. U tom se slučaju nit mreže mora rastegnuti kako bi se kinetička energija letećeg kukca pretvorila u toplinu. Kada bi mreža pohranila primljenu energiju u obliku energije elastične deformacije, tada bi se kukac odbio od mreže kao od trampolina. Važno svojstvo mreže je da oslobađa vrlo veliku količinu topline tijekom brzog istezanja i naknadnog skupljanja: oslobođena energija po jedinici volumena je više od 150 MJ/m 3 (čelik oslobađa 6 MJ/m 3). To omogućuje mreži da učinkovito rasprši energiju udarca i da se ne rasteže previše kada je žrtva uhvaćena u nju. Paukova mreža ili polimeri sličnih svojstava mogli bi biti idealni materijali za lagane prsluke.

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

Navikli smo na činjenicu da su molekule izuzetno mali objekti. No, to nije uvijek slučaj: oko nas su rašireni polimeri koji imaju dugačke molekule koje se sastoje od identičnih ili sličnih jedinica. Svi znaju da su genetske informacije živog organizma zabilježene u dugim molekulama DNK. Svi su u rukama držali plastične vrećice koje su se sastojale od dugih isprepletenih polietilenskih molekula. Molekule polimera mogu doseći goleme veličine.

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

Najvažnija klasa prirodnih polimera su proteini; oni se sastoje od jedinica koje se nazivaju aminokiseline. Različiti proteini obavljaju vrlo različite funkcije u živim organizmima: kontroliraju kemijske reakcije, koriste se kao građevni 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 dugačke molekule 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 značajke. Ako mentalno razvučete dugu molekulu spidroina u ravnu liniju i pogledate slijed aminokiselina, ispada da se sastoji od ponavljajućih dijelova koji su slični jedni drugima (slika 2). U molekuli se izmjenjuju dvije vrste regija: relativno hidrofilne (one koje su energetski povoljne za kontakt s molekulama vode) i relativno hidrofobne (one koje izbjegavaju kontakt s vodom). Na krajevima svake molekule nalaze se dvije hidrofilne regije koje se ne ponavljaju, a hidrofobne regije sastoje se od mnogo ponavljanja aminokiseline koja se zove alanin.

Dugačka molekula (npr. protein, DNK, sintetski polimer) može se zamisliti kao zgužvano, zapetljano uže. Istezanje nije teško, jer se petlje unutar molekule mogu ispraviti, zahtijevajući relativno malo truda. Neki polimeri (kao što je guma) mogu se rastegnuti do 500% svoje izvorne duljine. Stoga sposobnost paukove mreže (materijala napravljenog od dugih molekula) da se deformira više od metala nije iznenađujuća.

Odakle dolazi snaga weba?

Da bismo to razumjeli, važno je pratiti proces formiranja niti. Unutar paukove žlijezde spidroini se nakupljaju u obliku koncentrirane otopine. Kada se filament formira, ova otopina napušta žlijezdu kroz uski kanal, što pomaže da se molekule istegnu i usmjere duž smjera rastezanja, a odgovarajuće kemijske promjene uzrokuju da se molekule slijepe. Fragmenti molekula koji se sastoje od alanina spajaju se i tvore uređenu strukturu, sličnu kristalu (slika 3). Unutar takve strukture, fragmenti su položeni paralelno jedan s drugim i međusobno povezani vodikovim vezama. Upravo ta područja, isprepletena jedno s drugim, daju čvrstoću vlakna. Tipična veličina takvih gusto zbijenih područja molekula je nekoliko nanometara. Hidrofilna područja koja se nalaze oko njih ispadaju nasumično namotana, poput zgužvanih užadi; mogu se ispraviti i na taj način osigurati istezanje mreže.

Mnogi kompozitni materijali, poput ojačane plastike, konstruirani su na istom principu kao i navoj skele: u relativno mekoj i savitljivoj matrici, koja dopušta deformaciju, postoje mala tvrda područja koja čine materijal čvrstim. Iako znanstvenici za materijale već dugo rade sa sličnim sustavima, umjetni kompoziti tek se počinju približavati paukovim mrežama po svojim svojstvima.

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

Kada je riječ o korištenju paukove mreže, postavlja se pitanje kako je nabaviti u industrijskim količinama. U svijetu postoje instalacije za “mužu” pauka, koji izvlače niti i namataju ih na posebne kaleme. Međutim, ova metoda je neučinkovita: za nakupljanje 500 g mreže potrebno je 27 tisuća pauka srednje veličine. I tu u pomoć istraživačima dolazi bioinženjering. Moderne tehnologije omogućuju uvođenje gena koji kodiraju proteine paukove mreže u različite žive organizme, poput bakterija ili kvasaca. Ovi genetski modificirani organizmi postaju izvori umjetnih mreža. Proteini proizvedeni genetskim inženjeringom nazivaju se rekombinantni. Imajte na umu da su obično rekombinantni spidroini mnogo manji od prirodnih, ali struktura molekule (izmjenične hidrofilne i hidrofobne regije) ostaje nepromijenjena.

Postoji povjerenje da umjetna mreža neće biti inferiorna u svojstvima od prirodne i da će pronaći svoju praktičnu primjenu kao izdržljiv i ekološki prihvatljiv materijal. U Rusiji nekoliko znanstvenih grupa iz raznih instituta zajednički proučavaju svojstva weba. Proizvodnja rekombinantne paukove mreže provodi se u Državnom istraživačkom institutu za genetiku i selekciju industrijskih mikroorganizama; fizikalna i kemijska svojstva proteina proučavaju se na Odjelu za bioinženjering Biološkog fakulteta Moskovskog državnog sveučilišta. M. V. Lomonosova, proizvodi iz proteina paukove mreže nastaju na Institutu za bioorgansku kemiju Ruske akademije znanosti, a njihova medicinska primjena proučava se na Institutu za transplantologiju i umjetne organe.

Trbuh pauka sadrži brojne arahnoidne žlijezde. Njihovi se kanali otvaraju u malene rotirajuće cjevčice, koje se nalaze na krajevima šest arahnoidnih bradavica na trbuhu pauka. Križni pauk, na primjer, ima oko 500-550 takvih cijevi. Arahnoidne žlijezde proizvode tekući, viskozni sekret koji se sastoji od proteina. Ova tajna ima sposobnost trenutnog stvrdnjavanja na zraku. Stoga, kada se proteinski sekret arahnoidnih žlijezda izlučuje kroz vrteće se cijevi, on se stvrdne u obliku tankih niti.

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

Pauk počinje vrtjeti svoju mrežu ovako: pritišće bradavice mreže na podlogu; u isto vrijeme, mali dio oslobođenog sekreta, skrutne, lijepi se za njega. Pauk zatim nastavlja izvlačiti viskozni sekret iz mrežnih cijevi pomoću stražnjih nogu. Kada se odmakne od mjesta pričvršćivanja, ostatak sekreta jednostavno se rasteže u niti koje se brzo stvrdnjavaju.

Pauci koriste mreže u razne svrhe. U mrežnom skloništu, pauk pronalazi povoljnu mikroklimu, gdje također traži utočište od neprijatelja i lošeg vremena. Neki pauci pletu mrežu oko zidova svojih jazbina. Pauk iz svoje mreže plete ljepljive mreže za hvatanje kako bi uhvatio plijen. Od paučine se izrađuju i jajne čahure 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 skoku. Ovisno o svrsi korištenja, pauk može izlučiti ljepljivu ili suhu nit određene debljine.

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

Drugi paučnjaci, kao što su paukove grinje i pseudoškorpioni, također mogu stvarati mreže. Međutim, pravo majstorstvo u tkanju mreže postigli su pauci. Uostalom, važno je ne samo biti u mogućnosti napraviti mrežu, već i proizvesti je u velikim količinama. Osim toga, "tkalački stan" treba biti smješten na mjestu gdje je prikladnije koristiti. Kod pseudoškorpiona i grinja, sirovinska baza mreže nalazi se... u glavi, a aparat za tkanje nalazi se na usnim dodacima. U uvjetima borbe za opstanak u prednosti su životinje čije su glave opterećene mozgom, a ne paučinom. Eto što su pauci. Trbuh pauka je prava tvornica mreže, a naprave za predenje - arahnoidne bradavice - nastaju iz atrofiranih trbušnih nožica na donjoj strani trbuha. A paukovi su udovi jednostavno "zlatni" - vrte se tako vješto da bi im svaka čipkarica pozavidjela.

Vidjevši pauka, mnogi od nas se uplaše i pokušaju ga uništiti. A paučina koja visi po kutovima i po drveću?
Zašto i kako ga pauk plete?

Pokušajmo to shvatiti.
Prvo, u trbuhu pauka nalaze se arahnoidne žlijezde koje proizvode ljepljivu sekreciju koja se na zraku stvrdne u obliku niti, a trbušni udovi s pomičnim bradavicama tvore nit, a zatim vlakno od niti. Uz pomoć češljastih pandži i čekinja na udovima, pauk brzo klizi duž mreže.

Zašto je pauku potrebna mreža?

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

Kada žrtva padne u zamku, žrtva zamahuje mrežom, a vibracije prenose signal pauku. Prilazi trofeju, posipa ga probavnim enzimom, omota ga mrežom u čahuru i čeka da u njemu uživa.

Za reprodukciju
Mužjaci pauka pletu vezice uz ženkinu mrežu, a zatim redovito kuckaju udovima kako bi namamili ženke na parenje. A ženka izlučuje nit koja pomaže pronaći jedinku za parenje. On, pak, pričvršćuje svoju mrežu na glavne niti i signalizira svojoj odabranici da je ovdje, a ona se bez agresije spušta duž pričvršćene mreže kako bi se parila.

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

Neki primjerci koriste mrežu kao prijevoz. Penju se na visoke predmete i oslobađaju ljepljivu nit koja se trenutno smrzava u zraku; a pauk leti na paučinu s čeonim vjetrom do novog mjesta stanovanja.
Ne baš veliki odrasli pauci mogu se uzdići do 2-3 kilometra u zrak i putovati tim putem.

Kao osiguranje
Skakačima mrežna nit služi kao osiguranje od grabežljivaca i da njome mogu napasti plijen.
Južnoruska tarantula uvijek ima jedva primjetnu mrežnu nit koja se proteže kako bi pronašla ulaz u svoju jazbinu. Ako iznenada nit pukne i on izgubi svoju kuću, počinje tražiti novu.
Konj također može spavati noću, bježeći tako od neprijatelja.

Kao utočište za potomstvo
Da bi položila jaja, ženka plete čahuru od vlakana paukove mreže, koja pruža sigurnost budućem potomstvu.
Ploče (glavna i pokrovna) čahure tkane su od svilenih niti natopljenih smrznutom tvari, pa su vrlo izdržljive, slične pergamentu.
Postoje čahure koje su labave i izgledaju poput vate.

Za podstavu
Tarantula prekriva zidove svojih jazbina mrežom kako se zidovi ne bi raspali, a iznad ulazne rupe gradi originalni pokretni pokrov.
uhvatiti plijen