Funie din pânze de păianjen. Care este semnificația pânzelor în viața păianjenilor? Compoziția unei pânze de păianjen

Beneficiile practice ale web-ului.

Fiecare Cei mai mulți dintre noi sunt bine conștienți de web: am întâlnit în mod repetat pânze de păianjen în pădure și chiar în propria noastră casă. Ei scot pânzele de păianjen din colțuri cu o mătură, iar în pădure, când își aterizează accidental fața în ele, le scutură cu neplăcere.

Între timp, pânza de păianjen este un material natural foarte interesant și util în aplicații practice, a cărui importanță enormă a fost umbrită în mod nemeritat astăzi de numeroși polimeri sintetici.

Cele mai fine fire ale celei mai vechi pânze au fost descoperite într-o bucată de chihlimbar de lucrătorii de la Universitatea Oxford din East Sussex. Vârsta descoperirii unice este estimată la aproximativ 140 de milioane de ani. Până în acest moment, cel mai vechi era considerat a fi o pânză dintr-o bucată de chihlimbar găsită în Liban, datată în urmă cu 130 de milioane de ani, iar cel mai vechi păianjen a fost găsit în chihlimbar vechi de aproximativ 120 de milioane de ani. Chihlimbarul, format acum mai bine de 100 de milioane de ani, este extrem de rar.

Folosind cele mai moderne tehnologii de ultramicroscopie, oamenii de știință au reușit să identifice cea mai veche pânză de păianjen, a cărei lungime a firelor era puțin mai mare de un milimetru. Interesant este că pânza este similară cu cea țesută de păianjeni moderni. Locația firelor descoperite a făcut posibilă stabilirea faptului că acestea erau suporturi pentru rețeaua orb. Aceeași bucată de chihlimbar a păstrat două țevi de păianjen antice.

Datorită acestei descoperiri, paleobiologii care au studiat-o au sugerat că arahnidele sunt de fapt creaturi mult mai vechi decât se credea anterior. Anterior, se credea că distribuția largă a insectelor zburătoare, care serveau drept pradă pentru arahnide, era cauzată de apariția plantelor cu flori pe planeta noastră. După ce au studiat descoperirea oamenilor de știință de la Oxford, s-a sugerat că cele mai vechi arahnide vânau insecte târâtoare și săritoare țesând pânze pe suprafața solului.

Pe lângă pânzele de păianjen, aceeași bucată de chihlimbar a păstrat particule carbonizate de scoarță arsă și seva unui copac de conifere. Probabil, copacul a eliberat rășină care a absorbit pânzele de păianjen și s-a transformat ulterior în chihlimbar în timpul unui incendiu de pădure.

Păianjenii înșiși folosesc pânze pentru a construi adăposturi, a căptuși vizuini, plase de capcană și coconi de ouă; masculii fac din ea o plasă de spermă în scopul reproducerii. La puieții unor păianjeni, fire lungi de pânză servesc drept parașute atunci când se împrăștie de vânt. Atunci când face o plasă de prindere, păianjenul tensionează mai întâi cadrul și firele radiale, apoi așează un fir spiral de sprijin temporar și numai după aceea țese o plasă de prindere în spirală adezivă, după care tăietura mușcă firul de sprijin.

Pânza de păianjen este o proteină îmbogățită în glicină, alanină și serină. În interiorul glandei arahnoidă există sub formă lichidă. Atunci când este secretată prin numeroase tuburi rotative care se deschid pe suprafața verucilor arahnoizi, structura proteinei se modifică, drept urmare se întărește sub forma unui fir subțire. Ulterior, păianjenul țese aceste fire primare într-o fibră de pânză mai groasă.

Coloana vertebrală a rețelei este formată din două proteine: spidroin-1 mai puternic și spidroin-2 mai elastic. Combinația proprietăților lor determină proprietățile unice ale web-ului.

Pânza poate avea un diametru de până la câțiva milimetri și constă din fire foarte subțiri. Web-ul este extrem de subțire și ușor. Pentru a înconjura ecuatorul planetei noastre, ar fi nevoie de doar 340 g!

Oamenii de știință sunt cei mai interesați de firul cadrului rețelei, care este neobișnuit de puternic și elastic. Puțini oameni știu că firul de păianjen este aproape de nailon ca rezistență - rezistența sa la tracțiune variază de la 40 la 260 kg/mm2, care este de câteva ori mai puternică decât oțelul. Dacă banda avea un diametru de 1 mm, ar putea suporta o sarcină de aproximativ 200 kg. Sarma de otel de acelasi diametru poate rezista semnificativ mai putin: 30-100 kg, in functie de tipul de otel. În plus, este neobișnuit de elastic.

Interesant este că atunci când rețeaua se udă, se contractă foarte mult (acest fenomen se numește supracontracție). Acest lucru se întâmplă deoarece moleculele de apă pătrund în fibră și fac regiunile hidrofile dezordonate mai mobile. Dacă pânza s-a întins și s-a lăsat din cauza insectelor, atunci într-o zi umedă sau ploioasă se contractă și, în același timp, își restabilește forma.

O altă proprietate neobișnuită a pânzei de păianjen este articulația sa internă: un obiect suspendat pe fibra de pânză de păianjen poate fi rotit la nesfârșit în aceeași direcție și, în același timp, nu numai că nu se va răsuci, dar nu va crea deloc o contraforță vizibilă. .

După cum știți, oamenii extrageau fire naturale din materiale naturale cu destul de multă ingeniozitate. Ulterior, țesăturile au apărut din astfel de fire - din lână, bumbac, in, urzică și chiar din cele mai fine fire de coconi de viermi de mătase. Cu toate acestea, utilizarea web-ului deschide noi perspective în această direcție, deoarece este un material excelent pentru realizarea de țesături rezistente și ușoare.

Prima încercare de a realiza o astfel de țesătură a fost făcută în urmă cu trei secole de entomologul francez Bon, care și-a prezentat propunerile de înlocuire a mătasei importate cu mătase de păianjen Societății Științifice Regale. Ca probă, au fost incluse ciorapi și mănuși din mătase de păianjen. Ideea omului de știință nu a găsit susținere din cauza dificultății de reproducere în masă a păianjenilor. În zilele noastre există o soluție la această problemă, dar apariția unui număr mare de fire sintetice a redus drastic cererea de mătase de păianjen.

Excepțională ca rezistență, ușurință și frumusețe, țesătura din pânză de păianjen este folosită și astăzi și este cunoscută în China sub numele de „Eastern Sea Fabric”. Polinezienii foloseau pânza de păianjeni mari ca fir pentru cusut și țesut unelte de pescuit. La începutul secolului al XVIII-lea în Franța, din pânza de cruci se făceau mănuși și ciorapi, ceea ce a stârnit admirația universală. Se știe că de la un păianjen se pot obține până la 500 m de ață deodată. În 1899, ei au încercat să obțină țesături pentru a acoperi o navă din pânza unui păianjen mare din Madagascar și au reușit să producă o probă de țesătură luxoasă de 5 m lungime.

Astăzi, firele de pânză de păianjen sunt utilizate în principal în industria optică pentru aplicarea crosshairs în instrumente optice și ca fire în microchirurgie și, datorită conținutului lor ridicat de proprietăți bactericide, pot fi folosite cu succes în medicină ca material de sutură, ligamente artificiale și tendoane, pelicule pentru vindecarea rănilor, arsurilor etc.

Este imposibil să sintetizezi chimic acest tip de proteine în laborator - sunt prea complexe. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să creeze un fel de analog artificial folosind tehnologii biotehnologice. Acest fir a fost testat pentru rezistență de către specialiștii de la Centrul de Cercetare Uglekhimvolokno din Mytishchi. Un fir de doar câțiva microni grosime poate rezista la 50-100 mg de sarcină la rupere. S-a dovedit a fi doar de patru ori mai puțin durabil decât cel al unui păianjen, iar acesta este un rezultat foarte bun. În același timp, valoarea energiei de rupere (elasticitatea) a acestui fir este deja mai mare decât cea a osului sau a tendonului.

Din pânze de păianjen pot fi făcute nu numai fire, ci și filme. În această formă este planificată utilizarea „pânzei artificiale” pentru a face acoperiri de vindecare pentru răni și arsuri, care nu vor fi respinse de organism și vor stimula regenerarea propriului epiteliu.

S-au încercat să se obțină pânze de păianjen în mod natural, asemănătoare cu mătasea. Au fost chiar inventate diverse dispozitive pentru „muls” păianjenului și înfășurarea cu grijă a firelor delicate pe o bobină care se rotește încet.

Au fost mai multe obstacole. În primul rând, natura certăroasă a păianjenilor: atunci când sunt ținute împreună, aceste animale se ceartă și se mănâncă între ele. În al doilea rând, fiecare păianjen produce foarte puțină pânză: se estimează că vor fi necesare 27 de mii de păianjeni de dimensiuni medii pentru a produce 500 g de fibre. Este clar că productivitatea artropodelor este puțin probabil să satisfacă cerințele industriale. Există o singură cale de ieșire: învață să o obții artificial.

Locuitorii din Insulele Pacificului „forțează” păianjenii să țese plase de pescuit care sunt neobișnuit de puternice și aproape invizibile în apă. Iar pe insula Madagascar, situată în apropierea coastei de est a Africii, mulți săteni încă folosesc pânze de păianjen în loc de fire.

Tehnologia, dezvoltată cu aproximativ o sută de ani în urmă de un predicator francez, a făcut posibilă colectarea pânzelor de aur de la un milion de păianjeni din Madagascar.

Criticul de artă Simon Peers și partenerul său de afaceri american Nicholas Godley au angajat câteva zeci de muncitori pentru a crea o pânză unică de 3,4 pe 1,2 metri.

Furnizorii de „fițe” au fost un milion de păianjeni care țeseau orb (păianjeni de aur), aparținând genului Nephila. Omul de știință și antreprenorul și-a petrecut aproape cinci ani din viață și aproximativ 500 de mii de dolari pentru a produce o bucată din poate cea mai neobișnuită țesătură.

Goodley a venit pentru prima dată în Madagascar în 1994, unde a creat o mică companie care producea mărfuri din fibre de palmier Raphia. În 1999, Nicholas a lansat prima sa colecție de genți de modă (aparent din același material), iar în 2005 a închis fabrica și a trecut complet la producția de „țesătură de păianjen” împreună cu Pierce.

Goodley a fost inspirat să creeze acest tablou neobișnuit din poveștile despre cum, în secolul al XIX-lea, guvernatorul francez al uneia dintre provinciile Madagascar a încercat să facă ceva similar. Cu toate acestea, Nicholas nu știa cu certitudine dacă aceste povești erau adevărate sau ficțiune.

De fapt, mătasea de păianjen nu este deosebit de populară în rândul locuitorilor din Madagascar (acest lucru este de înțeles, deoarece viermele de mătase „standard” este mult mai ușor de cultivat). Cu toate acestea, în secolul al XIX-lea, supușii Regatului Merina încă au decis să lucreze cu el. Produsele realizate din pânze de păianjen au fost prezentate membrilor familiilor regale. A existat chiar și o tradiție specială de a țese fire.

Munca lui Pearce și Goodley a început când au angajat 70 de muncitori pentru a colecta păianjeni din specia Nephila madagascariensis lângă capitala Madagascarului, Antananarivo.

Doar femelele creează o rețea unică, durabilă, cu o nuanță aurie. Colectarea a avut loc în sezonul ploios, deoarece artropodele își produc pânzele doar în această perioadă a anului (ceea ce impune restricții suplimentare asupra procesului de producție a pânzei).

Pentru a crea un fel de fabrică de filare, păianjenii erau așezați în camere speciale unde erau ținuți nemișcați. Trebuie spus că Nephila madagascariensis nu sunt otrăvitoare, ci mușcă. Ei pot, de asemenea, să scape sau să se mănânce unul pe altul. „La început am avut 20 de femele, dar în curând am ajuns să avem trei, dar erau foarte grase”, spune Pierce.

Deci, în cele din urmă, creaturile neliniştite au fost izolate una de cealaltă, crescând simultan numărul de indivizi care trăiesc simultan în fabrică.

Zece muncitori strângeau pânze atârnate de organele care învârteau păianjenii. În acest fel, s-a putut obține aproximativ 25 de metri de material prețios de la un individ.

Pearce observă că paisprezece mii de păianjeni produc aproximativ 28 de grame de mătase de păianjen, iar greutatea totală a piesei finale de material a fost de până la 1180 de grame!

Apoi, pentru a crea firul primar, țesătorii au răsucit manual 24 de bucăți de pânză într-una, patru primare au fost apoi transformate într-un fir principal (un total de 96 de bucăți) și numai din aceasta au țesut materialul. Vă puteți imagina cât de minuțioasă trebuie să fie lucrarea.

Materialul din pânzele de păianjen va fi util pe câmpul de luptă, în chirurgie și chiar în spațiu, mulți experți sunt siguri. Institutul de Chimie Bioorganică al Academiei Ruse de Științe, precum și Institutul de Transplantologie și Organe Artificiale, sunt interesați să obțină produse din proteine pânză de păianjen.

În medicina populară există o astfel de rețetă: pentru a opri sângerarea, puteți aplica o pânză de păianjen pe o rană sau abraziune, curățând-o cu grijă de insecte și crenguțe mici blocate în ea. Se pare că pânzele de păianjen au un efect hemostatic și accelerează vindecarea pielii deteriorate. Chirurgii și transplantologii l-ar putea folosi ca material pentru sutura, consolidarea implanturilor și chiar ca semifabricat pentru organe artificiale. Folosind pânze de păianjen, proprietățile mecanice ale multor materiale utilizate în prezent în medicină pot fi îmbunătățite semnificativ.

Reprezentanții ordinului arahnidelor pot fi găsiți peste tot. Aceștia sunt prădători care vânează insecte. Își prind prada folosind o plasă. Aceasta este o fibră flexibilă și durabilă de care se lipesc muștele, albinele și țânțarii. Cum țese un păianjen o pânză este o întrebare adesea pusă când se uită la o plasă de prindere uimitoare.

Ce este un web?

Păianjenii sunt unul dintre cei mai vechi locuitori ai planetei; datorită dimensiunilor reduse și aspectului lor specific, sunt considerați în mod eronat insecte. De fapt, aceștia sunt reprezentanți ai ordinului artropodelor. Corpul păianjenului are opt picioare și două secțiuni:

cefalotorax;
abdomen.

Spre deosebire de insecte, acestea nu au antene și un gât care separă capul de piept. Abdomenul unei arahnide este un fel de fabrică pentru producerea de pânze de păianjen. Conține glande care produc o secreție formată din proteine îmbogățite cu alanină, care conferă rezistență, și glicină, care este responsabilă de elasticitate. Conform formulei chimice, pânzele de păianjen sunt aproape de mătasea de insecte. În interiorul glandelor, secreția este în stare lichidă, dar atunci când este expusă la aer se întărește.

Informație. Mătasea omizilor de viermi de mătase și a pânzelor de păianjen are o compoziție similară - 50% este proteină fibroină. Oamenii de știință au descoperit că firul de păianjen este mult mai puternic decât secreția de omizi. Acest lucru se datorează particularității formării fibrelor

De unde vine o pânză de păianjen?

Pe abdomenul artropodului există excrescențe - veruci arahnoizi. În partea lor superioară, canalele glandelor arahnoide se deschid, formând fire. Există 6 tipuri de glande care produc mătase în diferite scopuri (deplasarea, coborârea, încurcarea prăzii, depozitarea ouălor). La o specie, toate aceste organe nu apar în același timp; de obicei, un individ are 1-4 perechi de glande.

Pe suprafața verucilor există până la 500 de tuburi rotative care furnizează secreția de proteine. Păianjenul își învârte pânza după cum urmează:

negii de păianjen sunt apăsați pe bază (copac, iarbă, perete etc.);
o cantitate mică de proteine aderă la locația selectată;
păianjenul se îndepărtează, trăgând firul cu picioarele din spate;
pentru lucrarea principală se folosesc picioare din față lungi și flexibile, cu ajutorul lor se creează un cadru din fire uscate;
Etapa finală a realizării rețelei este formarea spiralelor lipicioase.

Datorită observațiilor oamenilor de știință, a devenit cunoscut de unde provine pânza de păianjen. Este produs de negi perechi mobili de pe abdomen.

Fapt interesant. Pânza este foarte ușoară; greutatea unui fir care înfășoară Pământul de-a lungul ecuatorului ar fi de numai 450 g.

Păianjenul trage fir din abdomen

Cum se construiește o plasă de pescuit

Vântul este cel mai bun asistent al păianjenului în construcție. După ce a scos din negi un fir subțire, arahnida îl expune unui flux de aer, care poartă mătasea înghețată pe o distanță considerabilă. Acesta este modul secret în care un păianjen țese o pânză între copaci. Pânza se agață cu ușurință de ramurile copacilor, folosind-o ca frânghie, arahnida se mișcă din loc în loc.

Un anumit model poate fi urmărit în structura web-ului. Baza sa este un cadru din fire puternice și groase dispuse sub formă de raze divergente dintr-un punct. Pornind din partea exterioară, păianjenul creează cercuri, deplasându-se treptat spre centru. Este uimitor că fără niciun echipament menține aceeași distanță între fiecare cerc. Această parte a fibrelor este lipicioasă și este locul în care insectele se vor bloca.

Fapt interesant. Păianjenul își mănâncă propria pânză. Oamenii de știință oferă două explicații pentru acest fapt - în acest fel, pierderea de proteine în timpul reparației plasei de pescuit este completată, sau păianjenul pur și simplu bea apă atârnată pe firele de mătase.

Complexitatea modelului web depinde de tipul de arahnid. Artropodele inferioare construiesc rețele simple, în timp ce cele superioare construiesc modele geometrice complexe. Se estimează că construiește o capcană de 39 de raze și 39 de spirale. Pe lângă firele radiale netede, spiralele auxiliare și de prindere, există fire de semnal. Aceste elemente capteaza si transmit pradatorului vibratiile prazii prinse. Dacă se întâlnește un obiect străin (o creangă, o frunză), micul proprietar îl separă și îl aruncă, apoi reface plasa.

Arahnidele arboricole mari trag capcane cu un diametru de până la 1 m. Nu numai insectele, ci și păsările mici cad în ele.

Cât timp îi ia unui păianjen să țese o pânză?

Un prădător petrece de la o jumătate de oră la 2-3 ore pentru a crea o capcană deschisă pentru insecte. Timpul său de funcționare depinde de condițiile meteorologice și de dimensiunea planificată a rețelei. Unele specii țes zilnic fire de mătase, făcând-o dimineața sau seara, în funcție de stilul lor de viață. Unul dintre factorii care determină cât timp îi ia unui păianjen să țese o pânză este tipul acesteia – plat sau voluminos. Cea plată este versiunea familiară a firelor radiale și spiralelor, iar cea volumetrică este o capcană făcută dintr-un bulgăre de fibre.

Scopul web-ului

Plasele fine nu sunt doar capcane pentru insecte. Rolul rețelei în viața arahnidelor este mult mai larg.

Prinderea prazii

Toți păianjenii sunt prădători și își ucid prada cu otravă. Mai mult, unii indivizi au o constituție fragilă și pot deveni ei înșiși victime ale insectelor, de exemplu viespi. Pentru a vâna, au nevoie de adăpost și de o capcană. Fibrele lipicioase îndeplinesc această funcție. Aceștia încurcă prada prinsă în plasă într-un cocon de fire și o lasă până când enzima injectată o aduce în stare lichidă.

Fibrele de mătase aracnidă sunt mai subțiri decât părul uman, dar rezistența lor specifică la tracțiune este comparabilă cu firul de oțel.

Reproducere

În perioada de împerechere, masculii își atașează propriile fire de pânza femelei. Lovind ritmic fibrele de mătase, ei își comunică intențiile unui potențial partener. Femela care primește curte coboară pe teritoriul masculului pentru a se împerechea. La unele specii, femela inițiază căutarea unui partener. Ea secretă un fir cu feromoni, datorită căruia păianjenul o găsește.

Acasă pentru posteritate

Coconii pentru ouă sunt țesute din secreția de pânză mătăsoasă. Numărul lor, în funcție de tipul de artropod, este de 2-1000 de bucăți. Femelele atârnă sacii cu ouă într-un loc sigur. Învelișul de cocon este destul de puternic, este format din mai multe straturi și este impregnat cu secreție lichidă.

În vizuina lor, arahnidele țes pânze în jurul pereților. Acest lucru ajută la crearea unui microclimat favorabil și servește drept protecție împotriva intemperiilor și a dușmanilor naturali.

In miscare

Unul dintre răspunsurile la motivul pentru care un păianjen țese o pânză este că folosește fire ca vehicul. Pentru a se deplasa între copaci și tufișuri, înțelege rapid și cădea, are nevoie de fibre puternice. Pentru a zbura pe distanțe lungi, păianjenii urcă la înălțimi ridicate, eliberează o pânză care se întărește rapid și apoi, cu o rafală de vânt, zboară mai mulți kilometri. Cel mai adesea, călătoriile se fac în zilele calde și senine ale verii indiene.

De ce păianjenul nu se lipește de pânza sa?

Pentru a evita căderea în propria capcană, păianjenul face mai multe fire uscate pentru mișcare. Îmi cunosc perfect subtilitățile plaselor, iar el se apropie în siguranță de prada blocată. De obicei, în centrul plasei de pescuit rămâne o zonă sigură, unde prădătorul așteaptă prada.

Interesul oamenilor de știință pentru interacțiunea arahnidelor cu capcanele lor de vânătoare a început cu mai bine de 100 de ani în urmă. Inițial, s-a sugerat că pe labele lor avea un lubrifiant special care împiedică lipirea. Nicio confirmare a teoriei nu a fost găsită vreodată. Filmarea cu o cameră specială a mișcării picioarelor păianjenului de-a lungul fibrelor din secreția înghețată a oferit o explicație pentru mecanismul de contact.

Un păianjen nu se lipește de pânza sa din trei motive:

multe fire de păr elastice de pe picioare reduc aria de contact cu spirala lipicioasă;
vârfurile picioarelor păianjenului sunt acoperite cu un lichid uleios;
mișcarea are loc într-un mod special.

Care este secretul structurii picioarelor care ajută arahnidele să evite lipirea? Pe fiecare picior al păianjenului există două gheare de susținere cu care se agață de suprafață și o gheară flexibilă. Pe măsură ce se mișcă, apasă firele de firele de păr flexibile de pe picior. Când păianjenul își ridică piciorul, gheara se îndreaptă și firele de păr împing pânza.

O altă explicație este lipsa contactului direct între piciorul arahnidei și picăturile lipicioase. Ele cad pe firele de păr ale piciorului și apoi curg cu ușurință înapoi pe fir. Indiferent de teoriile pe care le consideră zoologii, faptul rămâne neschimbat că păianjenii nu devin prizonierii propriilor lor capcane lipicioase.

Alte arahnide, cum ar fi acarienii și pseudoscorpionii, pot țese și ele pânze. Dar rețelele lor nu pot fi comparate în putere și țesut iscusit cu lucrările unor adevărați maeștri - păianjeni. Știința modernă nu este încă capabilă să reproducă web-ul folosind o metodă sintetică. Tehnologia de fabricare a mătasei de păianjen rămâne unul dintre misterele naturii.

Oricine poate îndepărta cu ușurință pânzele de păianjen care atârnă între ramurile unui copac sau sub tavan, în colțul îndepărtat al camerei. Însă puțini oameni știu că dacă banda ar avea un diametru de 1 mm, ar putea rezista la o sarcină de aproximativ 200 kg. Sârma de oțel de același diametru poate rezista semnificativ mai puțin: 30–100 kg, în funcție de tipul de oțel. De ce web-ul are proprietăți atât de excepționale?

Unii păianjeni învârt până la șapte tipuri de fire, fiecare având propriul său scop. Firele pot fi folosite nu numai pentru prinderea prăzii, ci și pentru construirea de coconi și parașutism (prin decolare în vânt, păianjenii pot scăpa de o amenințare bruscă, iar păianjenii tineri se răspândesc în noi teritorii în acest fel). Fiecare tip de pânză este produs de glande speciale.

Pânza folosită pentru a prinde prada este formată din mai multe tipuri de fire (Fig. 1): cadru, radial, prindere și auxiliar. Cel mai mare interes al oamenilor de știință este firul cadrului: are atât rezistență ridicată, cât și elasticitate ridicată - această combinație de proprietăți este unică. Rezistența maximă la tracțiune a firului cadrului păianjenului Araneus diadematus este 1,1–2,7. Pentru comparație: rezistența la tracțiune a oțelului este de 0,4–1,5 GPa, iar cea a părului uman este de 0,25 GPa. În același timp, firul cadrului se poate întinde cu 30–35%, iar majoritatea metalelor pot rezista la deformații de cel mult 10–20%.

Să ne imaginăm o insectă zburătoare care lovește o pânză întinsă. În acest caz, firul pânzei trebuie să se întindă astfel încât energia cinetică a insectei zburătoare să fie transformată în căldură. Dacă pânza ar stoca energia primită sub formă de energie elastică de deformare, atunci insecta ar sări de pe pânză ca de pe o trambulină. O proprietate importantă a pânzei este că eliberează o cantitate foarte mare de căldură în timpul întinderii rapide și contracției ulterioare: energia eliberată pe unitate de volum este mai mare de 150 MJ/m3 (oțelul eliberează 6 MJ/m3). Acest lucru permite rețelei să disipeze eficient energia de impact și să nu se întindă prea mult atunci când o victimă este prinsă în ea. Pânza de păianjen sau polimerii cu proprietăți similare ar putea fi materiale ideale pentru armura ușoară.

Deci, pânza de păianjen este un material neobișnuit și foarte promițător. Ce mecanisme moleculare sunt responsabile pentru proprietățile sale excepționale?

Suntem obișnuiți cu faptul că moleculele sunt obiecte extrem de mici. Cu toate acestea, nu este întotdeauna cazul: polimerii sunt răspândiți în jurul nostru, care au molecule lungi formate din unități identice sau similare. Toată lumea știe că informația genetică a unui organism viu este înregistrată în molecule lungi de ADN. Toată lumea ținea în mâini pungi de plastic, formate din molecule lungi de polietilenă împletite. Moleculele de polimer pot atinge dimensiuni enorme.

De exemplu, masa unei molecule de ADN uman este de aproximativ 1,9·1012 amu. (cu toate acestea, aceasta este de aproximativ o sută de miliarde de ori mai mare decât masa unei molecule de apă), lungimea fiecărei molecule este de câțiva centimetri, iar lungimea totală a tuturor moleculelor de ADN uman ajunge la 10 11 km.

Cea mai importantă clasă de polimeri naturali sunt proteinele; acestea constau din unități numite aminoacizi. Diferite proteine îndeplinesc funcții extrem de diferite în organismele vii: controlează reacțiile chimice, sunt folosite ca materiale de construcție, pentru protecție etc.

Firul de schelă al pânzei este format din două proteine, care se numesc spidroins 1 și 2 (din engleză păianjen- păianjen). Spidroinele sunt molecule lungi cu mase cuprinse între 120.000 și 720.000 amu. Secvențele de aminoacizi ale spidroinelor pot diferi de la păianjen la păianjen, dar toate spidroinele au caracteristici comune. Dacă întindeți mental o moleculă lungă de spidroină în linie dreaptă și priviți secvența de aminoacizi, se dovedește că aceasta constă în secțiuni repetate care sunt similare între ele (Fig. 2). Două tipuri de regiuni alternează în moleculă: relativ hidrofile (cele care sunt favorabile energetic contactului cu moleculele de apă) și relativ hidrofobe (cele care evită contactul cu apa). La capetele fiecărei molecule există două regiuni hidrofile nerepetitive, iar regiunile hidrofobe constau din mai multe repetări ale unui aminoacid numit alanină.

O moleculă lungă (de exemplu, proteină, ADN, polimer sintetic) poate fi considerată ca o frânghie mototolită, încâlcită. Întinderea nu este dificilă, deoarece buclele din interiorul moleculei se pot îndrepta, necesitând un efort relativ mic. Unii polimeri (cum ar fi cauciucul) se pot întinde până la 500% din lungimea lor inițială. Deci, capacitatea pânzelor de păianjen (un material format din molecule lungi) de a se deforma mai mult decât metalele nu este surprinzătoare.

De unde puterea web-ului?

Pentru a înțelege acest lucru, este important să urmăriți procesul de formare a firului. În interiorul glandei păianjen, spidroinele se acumulează sub forma unei soluții concentrate. Când se formează filamentul, această soluție părăsește glanda printr-un canal îngust, acest lucru ajută la întinderea moleculelor și la orientarea lor pe direcția întinderii, iar modificările chimice corespunzătoare fac ca moleculele să se lipească. Fragmente de molecule formate din alanine se unesc și formează o structură ordonată, asemănătoare unui cristal (Fig. 3). În interiorul unei astfel de structuri, fragmentele sunt așezate paralel între ele și legate între ele prin legături de hidrogen. Aceste zone, interconectate între ele, asigură rezistența fibrei. Mărimea tipică a unor astfel de regiuni dens de molecule este de câțiva nanometri. Zonele hidrofile situate în jurul lor se dovedesc a fi încolăcite aleatoriu, asemănător frânghiilor mototolite; ele se pot îndrepta și, astfel, asigură întinderea pânzei.

Multe materiale compozite, cum ar fi materialele plastice armate, sunt construite pe același principiu ca firul de schelă: într-o matrice relativ moale și flexibilă, care permite deformarea, există mici zone dure care fac materialul rezistent. Deși oamenii de știință din materiale au lucrat cu sisteme similare de mult timp, compozitele create de om abia încep să se apropie de pânzele de păianjen în proprietățile lor.

Să remarcăm, de asemenea, o caracteristică interesantă a formării firului. Păianjenul extinde pânza sub influența propriei greutăți, dar pânza rezultată (diametrul firului de aproximativ 1–10 μm) poate susține de obicei o masă de șase ori mai mare decât a păianjenului în sine. Dacă creșteți greutatea păianjenului prin rotirea lui într-o centrifugă, acesta începe să secrete o pânză mai groasă și mai durabilă, dar mai puțin rigidă.

Când vine vorba de utilizarea pânzelor de păianjen, se pune întrebarea cum să le obții în cantități industriale. Există instalații în lume pentru „muls” păianjeni, care scot fire și le înfășoară pe bobine speciale. Cu toate acestea, această metodă este ineficientă: pentru a acumula 500 g de pânză, sunt necesari 27 de mii de păianjeni de dimensiuni medii. Și aici bioingineria vine în ajutorul cercetătorilor. Tehnologiile moderne fac posibilă introducerea genelor care codifică proteinele din pânza de păianjen în diferite organisme vii, cum ar fi bacteriile sau drojdia. Aceste organisme modificate genetic devin surse de rețele artificiale. Proteinele produse prin inginerie genetică sunt numite recombinante. Rețineți că, de obicei, spidroinele recombinante sunt mult mai mici decât cele naturale, dar structura moleculei (regiuni alternante hidrofile și hidrofobe) rămâne neschimbată.

Există încredere că rețeaua artificială nu va fi inferioară în proprietăți față de cele naturale și își va găsi aplicarea practică ca material durabil și prietenos cu mediul. În Rusia, mai multe grupuri științifice din diferite institute studiază în comun proprietățile web-ului. Producția de pânză de păianjen recombinată se realizează la Institutul de Cercetare de Stat pentru Genetică și Selecția Microorganismelor Industriale; proprietățile fizice și chimice ale proteinelor sunt studiate la Departamentul de Bioinginerie, Facultatea de Biologie, Universitatea de Stat din Moscova. M.V. Lomonosov, produse din proteine pânză de păianjen sunt formate la Institutul de Chimie Bioorganică al Academiei Ruse de Științe, iar aplicațiile lor medicale sunt studiate la Institutul de Transplantologie și Organe Artificiale.

Abdomenul păianjenilor conține numeroase glande arahnoide. Conductele lor se deschid în tuburi mici, care sunt situate la capetele a șase veruci arahnoide de pe abdomenul păianjenului. Păianjenul încrucișat, de exemplu, are aproximativ 500-550 de astfel de tuburi. Glandele arahnoide produc o secreție lichidă, vâscoasă, constând din proteine. Acest secret are capacitatea de a se întări instantaneu în aer. Prin urmare, atunci când secreția de proteine a glandelor arahnoide este secretată prin tuburile de filare, aceasta se întărește sub formă de fire subțiri.

12
1. Păianjen încrucișat (cu cavitatea abdominală deschisă)
2. Negi arahnoizi de păianjen

Păianjenul începe să-și învârtească pânza astfel: presează negii din pânză pe substrat; în același timp, o mică parte din secreția eliberată, se solidifică, se lipește de ea. Păianjenul continuă apoi să scoată secreția vâscoasă din tuburile de pânză folosind picioarele din spate. Când se îndepărtează de locul de atașare, restul secreției se întinde pur și simplu în fire care se întăresc rapid.

Păianjenii folosesc pânze pentru o varietate de scopuri. În adăpostul de pânză, păianjenul găsește un microclimat favorabil, unde se adăpostește și de inamici și vreme rea. Unii păianjeni țes pânze în jurul pereților vizuinilor lor. Păianjenul țese plase de capcană lipicioase din pânza sa pentru a captura prada. Coconii de ouă, în care se dezvoltă ouăle și păianjenii tineri, sunt, de asemenea, făcute din pânze de păianjen. Pânza este folosită și de păianjeni pentru călătorii - micii Tarzani o folosesc pentru a țese fire de siguranță care îi protejează de cădere atunci când sar. În funcție de scopul utilizării, păianjenul poate secreta fir lipicios sau uscat de o anumită grosime.

În ceea ce privește compoziția chimică și proprietățile fizice, pânzele de păianjen sunt apropiate de mătasea viermilor de mătase și omizi, doar că este mult mai puternică și mai elastică: dacă sarcina de rupere pentru mătasea de omidă este de 33-43 kg pe 1 mm 2, atunci pentru pânze de păianjen este este de la 40 la 261 kg per mm 2 (în funcție de tip)!

Alte arahnide, cum ar fi acarienii păianjen și pseudoscorpionii, pot produce, de asemenea, pânze. Cu toate acestea, păianjenii au fost cei care au obținut o adevărată măiestrie în țeserea pânzelor. La urma urmei, este important nu numai să poți realiza o rețea, ci și să o produci în cantități mari. În plus, „războiul” ar trebui să fie amplasat într-un loc unde este mai convenabil de utilizat. La pseudoscorpionii și acarienii păianjen, baza de materie primă a pânzei este situată... în cap, iar aparatul de țesut este situat pe anexele bucale. În condițiile luptei pentru existență, animalele ale căror cap sunt îngreunate cu creier, și nu cu pânze de păianjen, câștigă un avantaj. Asta sunt păianjenii. Abdomenul unui păianjen este o adevărată fabrică de pânză, iar dispozitivele de rotire - verucile arahnoide - sunt formate din picioarele abdominale atrofiate pe partea inferioară a abdomenului. Și membrele păianjenilor sunt pur și simplu „de aur” - se învârt atât de îndemânatic încât orice dantelărie le-ar invidia.

Văzând un păianjen, mulți dintre noi se sperie și încearcă să-l distrugă. Și pânzele de păianjen care atârnă în colțuri și pe copaci?
De ce și cum îl țese un păianjen?

Să încercăm să ne dăm seama.
În primul rând, în abdomenul păianjenului există glande arahnoide care produc o secreție adezivă care se întărește sub formă de fire în aer, iar membrele abdominale cu veruci mobile formează un fir, iar apoi o fibră din fire. Cu ajutorul ghearelor și perilor în formă de pieptene de pe membrele sale, păianjenul alunecă rapid de-a lungul pânzei.

De ce are nevoie un păianjen de o pânză?

Ca o plasă de prins, pentru că sunt adevărați prădători. Datorită lichidului vâscos, multe creaturi vii de la insecte la păsări intră în capcana lor.

Când o victimă cade într-o capcană, victima balansează pânza, iar vibrațiile transmit un semnal păianjenului. Se apropie de trofeu, stropește enzimă digestivă, îl înfășoară într-un cocon cu o pânză și așteaptă să se bucure de el.

Pentru reproducere
Păianjenii masculi tricotează șireturi lângă pânza femelei, apoi bat în mod regulat cu membrele pentru a atrage femelele pentru împerechere. Iar femela secretă un fir care ajută la găsirea unui individ pentru împerechere. El, la rândul său, își atașează pânza de firele principale și îi semnalează alesului său că este aici, iar ea, fără agresiune, coboară de-a lungul pânzei atașate pentru a se împerechea.

Pentru mișcare
Au fost cazuri în care păianjeni au fost văzuți pe o navă în marea liberă.

Unele exemplare folosesc pânza ca transport. Se cațără pe obiecte înalte și eliberează un fir lipicios care îngheață instantaneu în aer; iar păianjenul zboară pe o pânză de păianjen cu vânt în contra către un nou loc de reședință.
Păianjenii adulți nu foarte mari se pot ridica până la 2-3 kilometri în aer și pot călători în acest fel.

Ca asigurarea
Pentru săritori, firul de pânză servește ca asigurare împotriva prădătorilor și pentru ca aceștia să-l poată folosi pentru a ataca prada.
Tarantula din Rusia de Sud are întotdeauna un fir de pânză abia vizibil care se întinde pentru a găsi intrarea în vizuina sa. Dacă deodată firul se rupe și își pierde casa, începe să caute una nouă.
Calul poate dormi și noaptea, scăpând astfel de inamici.

Ca un refugiu pentru posteritate
Pentru a depune ouă, femela țese un cocon din fibre de pânză de păianjen, care oferă siguranță pentru viitorii descendenți.
Plăcile (principale și de acoperire) ale coconului sunt țesute din fire de mătase înmuiate într-o substanță înghețată, deci sunt foarte rezistente, asemănătoare cu pergamentul.
Există coconi care sunt liberi și arată ca o minge de bumbac.

Pentru căptușeală
Tarantula acoperă pereții vizuinilor sale cu o plasă, astfel încât pereții să nu se prăbușească și construiește un capac mobil original peste orificiul de intrare.
prinde prada