Lano vyrobené z pavučín. Aký význam majú siete v živote pavúkov? Zloženie pavučiny

Praktické výhody webu.

Každý Väčšina z nás dobre pozná web: s pavučinami sme sa opakovane stretli v lese a dokonca aj u nás doma. Metlou vyčesávajú pavučiny z kútov a v lese, keď do nich náhodou pristanú tvárou, s nechuťou ich striasajú.

Medzitým je pavučina veľmi zaujímavým a užitočným prírodným materiálom v praktických aplikáciách, ktorého obrovský význam je dnes nezaslúžene zatienený mnohými syntetickými polymérmi.

Najjemnejšie vlákna najstaršej siete objavili v kúsku jantáru pracovníci Oxfordskej univerzity vo východnom Sussexe. Vek unikátneho nálezu sa odhaduje na približne 140 miliónov rokov. Doteraz sa za najstaršie považovala pavučina v kúsku jantáru nájdeného v Libanone spred 130 miliónov rokov a najstarší pavúk sa našiel v jantáre starom asi 120 miliónov rokov. Jantár, ktorý vznikol pred viac ako 100 miliónmi rokov, je extrémne vzácny.

Pomocou najmodernejších ultramikroskopických technológií sa vedcom podarilo identifikovať najstaršiu pavučinu, ktorej dĺžka nití bola o niečo viac ako milimeter. Zaujímavé je, že sieť je podobná tej, ktorú utkali moderné pavúky. Umiestnenie objavených vlákien umožnilo zistiť, že išlo o oporu pre sieť gule. Ten istý kus jantáru zachoval dve pradienka starodávnych pavučín.

Vďaka tomuto objavu paleobiológovia, ktorí ho skúmali, naznačili, že pavúkovce sú v skutočnosti oveľa starodávnejšie stvorenia, ako sa doteraz predpokladalo. Predtým sa verilo, že široká distribúcia lietajúceho hmyzu, ktorý slúžil ako korisť pre pavúkovce, bola spôsobená výskytom kvitnúcich rastlín na našej planéte. Po preštudovaní objavu oxfordských vedcov sa navrhlo, že najstaršie pavúkovce lovili lezúci a skákajúci hmyz tkaním sietí na povrchu pôdy.

Ten istý kus jantáru zachoval okrem pavučín aj zuhoľnatené čiastočky spálenej kôry a šťavy ihličnatého stromu. Pravdepodobne strom uvoľnil živicu, ktorá absorbovala pavučiny a následne sa počas lesného požiaru zmenila na jantár.

Samotné pavúky používajú siete na stavbu prístreškov, lemovanie nôr, zachytávacie siete a vaječné zámotky; samci si z nej vyrábajú sieťku na spermie za účelom rozmnožovania. U mláďat niektorých pavúkov slúžia dlhé vlákna siete ako padáky, keď sa rozptyľujú vetrom. Pri výrobe záchytnej siete pavúk najskôr napne rám a radiálne nite, potom položí dočasnú nosnú špirálovú niť a až potom utká priľnavú špirálovú záchytnú sieť, po ktorej rez odhryzne nosnú niť.

Pavučina je proteín obohatený o glycín, alanín a serín. Vo vnútri arachnoidálnej žľazy existuje v tekutej forme. Pri vylučovaní cez početné zvlákňovacie trubice, ktoré sa otvárajú na povrchu pavúkovitých bradavíc, sa mení štruktúra proteínu, v dôsledku čoho sa vytvrdzuje vo forme tenkej nite. Následne pavúk splieta tieto primárne vlákna do hrubšieho vlákna siete.

Chrbticu siete tvoria dva proteíny: silnejší spidroin-1 a pružnejší spidroin-2. Práve kombinácia ich vlastností určuje jedinečné vlastnosti webu.

Pás môže mať priemer až niekoľko milimetrov a pozostáva z veľmi tenkých nití. Web je extrémne tenký a ľahký. Na obkolesenie rovníka našej planéty by bolo potrebných len 340 g!

Vedcov najviac zaujíma rámová niť siete, ktorá je nezvyčajne pevná a elastická. Málokto vie, že pavučina sa pevnosťou blíži nylonu – jej pevnosť v ťahu sa pohybuje od 40 do 260 kg/mm2, čo je niekoľkonásobne pevnejšia ako oceľ. Ak by pás mal priemer 1 mm, mohol by uniesť zaťaženie s hmotnosťou približne 200 kg. Oceľový drôt rovnakého priemeru vydrží podstatne menej: 30-100 kg, v závislosti od typu ocele. Navyše je nezvyčajne elastický.

Je zaujímavé, že keď sa sieť namočí, veľmi sa stiahne (tento jav sa nazýva superkontrakcia). K tomu dochádza, pretože molekuly vody prenikajú do vlákna a robia neusporiadané hydrofilné oblasti mobilnejšími. Ak sa pavučina natiahla a prepadla kvôli hmyzu, potom sa vo vlhkom alebo daždivom dni stiahne a zároveň obnoví svoj tvar.

Ďalšou nezvyčajnou vlastnosťou pavúčej siete je jej vnútorná členitosť: predmet zavesený na vlákne pavučiny sa môže otáčať donekonečna v rovnakom smere a zároveň sa nielenže nebude krútiť, ale vôbec nebude vytvárať výraznú protisilu. .

Ako viete, ľudia extrahovali prírodné vlákna z prírodných materiálov s pomerne veľkou vynaliezavosťou. Následne sa z takýchto nití objavili látky - z vlny, bavlny, ľanu, žihľavy a dokonca aj z najjemnejších nití zámotkov priadky morušovej. Využitie webu však v tomto smere otvára nové perspektívy, pretože je vynikajúci materiál na výrobu odolných a ľahkých tkanín.

Prvý pokus o výrobu takejto látky urobil pred tromi storočiami francúzsky entomológ Bon, ktorý predložil Kráľovskej vedeckej spoločnosti svoje návrhy na nahradenie dovážaného hodvábu pavúčím. Ako vzorka boli zahrnuté pančuchy a rukavice vyrobené z pavúčieho hodvábu. Nápad vedca nenašiel podporu kvôli ťažkostiam s masovým chovom pavúkov. V súčasnosti existuje riešenie tohto problému, ale objavenie sa veľkého množstva syntetických nití prudko znížilo dopyt po pavúčom hodvábe.

Výnimočná pevnosť, ľahkosť a krása, pavučinová tkanina sa dodnes používa a v Číne je známa pod názvom „Eastern Sea Fabric“. Polynézania používali sieť veľkých pavúkov ako niť na šitie a tkanie rybárskeho náradia. Začiatkom 18. storočia sa vo Francúzsku vyrábali rukavice a pančuchy z pavučiny krížov, ktoré vzbudzovali všeobecný obdiv. Je známe, že z jedného pavúka sa dá naraz získať až 500 m nite. V roku 1899 sa pokúsili získať látku na pokrytie vzducholode z pavučiny veľkého madagaskarského pavúka a podarilo sa im vyrobiť vzorku luxusnej látky v dĺžke 5 m.

Pavučinové vlákna sa dnes používajú najmä v optickom priemysle na nanášanie nitkových krížov v optických prístrojoch a ako vlákna v mikrochirurgii a pre vysoký obsah baktericídnych vlastností ich možno úspešne využiť v medicíne ako šijací materiál, umelé väzy a šľachy, fólie na hojenie rán, popálenín a pod.

Je nemožné syntetizovať tento druh proteínov v laboratóriu chemicky - sú príliš zložité. Vedcom sa však podarilo vytvoriť nejaký umelý analóg pomocou biotechnologických technológií. Toto vlákno bolo testované na pevnosť špecialistami vo výskumnom centre Uglekhimvolokno v Mytishchi. Niť s hrúbkou len niekoľko mikrónov znesie 50-100 mg záťaže pri pretrhnutí. Ukázalo sa, že je len štyrikrát menej odolný ako u pavúka, a to je veľmi dobrý výsledok. Zároveň je už hodnota energie pretrhnutia (elasticity) tohto vlákna vyššia ako u kosti alebo šľachy.

Z pavučín sa dajú vyrobiť nielen vlákna, ale aj filmy. Práve v tejto podobe sa plánuje pomocou „umelej siete“ vyrábať hojivé obklady na rany a popáleniny, ktoré telo neodmietne a bude stimulovať regeneráciu vlastného epitelu.

Boli urobené pokusy získať pavučiny prirodzeným spôsobom, podobne ako hodváb. Dokonca boli vynájdené rôzne zariadenia na „dojenie“ pavúka a starostlivé navíjanie jemných nití na pomaly sa otáčajúcu cievku.

Prekážok bolo viacero. Po prvé, hádavá povaha pavúkov: keď sú tieto zvieratá držané spolu, hádajú sa a jedia sa navzájom. Po druhé, každý pavúk produkuje veľmi málo siete: odhaduje sa, že na výrobu 500 g vlákna bude potrebných 27 tisíc pavúkov priemernej veľkosti. Je zrejmé, že produktivita článkonožcov pravdepodobne neuspokojí priemyselné požiadavky. Existuje len jedna cesta von: naučte sa ju získavať umelo.

Obyvatelia tichomorských ostrovov „nútia“ pavúky tkať rybárske siete, ktoré sú nezvyčajne silné a vo vode takmer neviditeľné. A na ostrove Madagaskar, ktorý sa nachádza neďaleko východného pobrežia Afriky, stále mnoho dedinčanov používa namiesto nití pavučiny.

Technológia, ktorú vyvinul asi pred sto rokmi francúzsky kazateľ, umožnila zozbierať zlaté siete z milióna madagaskarských pavúkov.

Umelecký kritik Simon Peers a jeho americký obchodný partner Nicholas Godley najali niekoľko desiatok pracovníkov, aby vytvorili unikátne plátno s rozmermi 3,4 x 1,2 metra.

Dodávateľmi „nití“ bol milión pavúkov tkajúcich gule (zlaté guľové pavúky), patriacich do rodu Nephila. Vedec a podnikateľ strávil takmer päť rokov svojho života a približne 500 tisíc dolárov na výrobu kúska azda najneobvyklejšej látky.

Goodley prvýkrát prišiel na Madagaskar v roku 1994, kde vytvoril malú spoločnosť vyrábajúcu tovar z vlákien palmy Raphia. V roku 1999 Nicholas vydal svoju prvú kolekciu módnych tašiek (zrejme z rovnakého materiálu) av roku 2005 zavrel továreň a spolu s Pierceom úplne prešiel na výrobu „pavúčej látky“.

Goodleyho k vytvoreniu tohto nezvyčajného obrazu inšpirovali príbehy o tom, ako sa v 19. storočí o niečo podobné pokúsil francúzsky guvernér jednej z madagaskarských provincií. Nicholas však s istotou nevedel, či sú tieto príbehy pravdivé alebo vymyslené.

V skutočnosti nie je pavúčí hodváb medzi obyvateľmi Madagaskaru obzvlášť populárny (to je pochopiteľné, pretože „štandardný“ priadka morušová sa pestuje oveľa ľahšie). V 19. storočí sa však poddaní kráľovstva Merina predsa len rozhodli s ním spolupracovať. Výrobky vyrobené z pavučín boli prezentované členom kráľovských rodín. Dokonca existovala zvláštna tradícia tkania nití.

Práca Pearce a Goodley začala, keď najali 70 pracovníkov na zber pavúkov druhu Nephila madagascariensis neďaleko hlavného mesta Madagaskaru Antananarivo.

Jedine samičky vytvárajú jedinečnú, odolnú sieť so zlatým odtieňom. Zber sa uskutočnil počas obdobia dažďov, pretože článkonožce vyrábajú svoje siete iba v tomto ročnom období (čo predstavuje ďalšie obmedzenia na výrobný proces siete).

Na vytvorenie akejsi továrne na pradenie boli pavúky umiestnené do špeciálnych komôr, kde boli držané nehybne. Treba povedať, že Nephila madagascariensis nie sú jedovaté, ale hryzú. Môžu tiež utiecť alebo sa navzájom zjesť. „Najskôr sme mali 20 samíc, ale čoskoro sme skončili s tromi, ale boli veľmi tučné,“ hovorí Pierce.

Takže nakoniec boli nepokojné stvorenia od seba izolované a súčasne sa zvýšil počet jedincov súčasne žijúcich v továrni.

Desať robotníkov zbieralo siete visiace z otáčajúcich sa orgánov pavúkov. Od jedného jedinca sa takto podarilo získať asi 25 metrov vzácneho materiálu.

Pearceová poznamenáva, že štrnásťtisíc pavúkov vyprodukuje približne 28 gramov pavúčieho hodvábu a celková hmotnosť konečného kusu látky bola až 1180 gramov!

Ďalej na vytvorenie primárnej nite tkáči ručne skrútili 24 kusov pavučiny do jedného, štyri primárne potom premenili na jednu hlavnú niť (spolu 96 kusov) a až z toho utkali látku. Viete si predstaviť, aká náročná musí byť práca.

Materiál z pavučín bude užitočný na bojisku, v chirurgii a dokonca aj vo vesmíre, sú si istí mnohí odborníci. O získavanie produktov z proteínov pavučiny má záujem Ústav bioorganickej chémie Ruskej akadémie vied, ako aj Ústav transplantológie a umelých orgánov.

V ľudovom liečiteľstve existuje taký recept: na zastavenie krvácania môžete na ranu alebo odreninu priložiť pavučinu, opatrne ju očistiť od hmyzu a malých vetvičiek, ktoré v nej uviazli. Ukazuje sa, že pavučiny majú hemostatický účinok a urýchľujú hojenie poškodenej kože. Chirurgovia a transplantológovia by ho mohli použiť ako materiál na šitie, spevnenie implantátov a dokonca aj ako polotovar pre umelé orgány. Pomocou pavučín možno výrazne zlepšiť mechanické vlastnosti mnohých materiálov, ktoré sa v súčasnosti používajú v medicíne.

Zástupcov rádu pavúkovcov možno nájsť všade. Sú to predátori, ktorí lovia hmyz. Svoju korisť chytia pomocou siete. Ide o flexibilné a odolné vlákno, na ktoré sa lepia muchy, včely a komáre. Ako pavúk utká sieť, to je často kladená otázka pri pohľade na úžasnú záchytnú sieť.

čo je web?

Pavúky sú jedným z najstarších obyvateľov planéty, pre svoju malú veľkosť a špecifický vzhľad sa mylne považujú za hmyz. V skutočnosti ide o zástupcov radu článkonožcov. Telo pavúka má osem nôh a dve časti:

cefalotorax;
brucha.

Na rozdiel od hmyzu nemajú antény a krk oddeľujúci hlavu od hrudníka. Brucho pavúkovca je akousi továrňou na výrobu pavučín. Obsahuje žľazy, ktoré produkujú sekrét pozostávajúci z bielkovín obohatených o alanín, ktorý dodáva silu, a glycínu, ktorý je zodpovedný za elasticitu. Podľa chemického vzorca sú pavučiny blízke hodvábu hmyzu. Vo vnútri žliaz je sekrét v tekutom stave, ale pri pôsobení vzduchu stvrdne.

Informácie. Hodváb húseníc priadky morušovej a pavučiny majú podobné zloženie – 50 % tvorí fibroínový proteín. Vedci zistili, že pavučina je oveľa silnejšia ako sekrét húsenice. Je to spôsobené zvláštnosťou tvorby vlákien

Odkiaľ pochádza pavučina?

Na bruchu článkonožca sú výrastky - arachnoidné bradavice. V ich hornej časti sa otvárajú kanály arachnoidných žliaz, ktoré tvoria vlákna. Existuje 6 typov žliaz, ktoré produkujú hodváb na rôzne účely (premiestňovanie, spúšťanie, zamotávanie koristi, skladovanie vajec). U jedného druhu sa všetky tieto orgány nevyskytujú súčasne, väčšinou má jedinec 1-4 páry žliaz.

Na povrchu bradavíc sa nachádza až 500 rotujúcich trubíc, ktoré dodávajú sekréciu bielkovín. Pavúk roztočí svoju sieť takto:

pavúkové bradavice sú pritlačené k základni (strom, tráva, stena atď.);
malé množstvo proteínu priľne na vybrané miesto;
pavúk sa vzďaľuje a ťahá niť zadnými nohami;
na hlavnú prácu sa používajú dlhé a flexibilné predné nohy, pomocou ktorých sa vytvorí rám zo suchých nití;
Poslednou fázou vytvárania siete je vytvorenie lepkavých špirál.

Vďaka pozorovaniam vedcov sa zistilo, odkiaľ pochádza pavučina. Je produkovaný pohyblivými párovými bradavicami na bruchu.

Zaujímavý fakt. Tkanina je veľmi ľahká; hmotnosť vlákna, ktoré ovinie Zem pozdĺž rovníka, by bola iba 450 g.

Pavúk ťahá niť z brucha

Ako postaviť rybársku sieť

Vietor je najlepším pomocníkom pavúka pri stavbe. Po vytiahnutí tenkej nite z bradavíc ju pavúkovec vystaví prúdu vzduchu, ktorý unáša zmrazený hodváb na značnú vzdialenosť. Toto je tajný spôsob, akým pavúk tká sieť medzi stromami. Pletivo sa ľahko prichytáva na konáre stromov, pričom ho pavúkovec používa ako lano a pohybuje sa z miesta na miesto.

V štruktúre webu možno vysledovať určitý vzor. Jeho základom je rám silných a hrubých nití usporiadaných vo forme lúčov rozbiehajúcich sa z jedného bodu. Počnúc od vonkajšej časti pavúk vytvára kruhy, ktoré sa postupne pohybujú smerom k stredu. Je úžasné, že bez akéhokoľvek vybavenia udržiava rovnakú vzdialenosť medzi každým kruhom. Táto časť vlákien je lepkavá a hmyz v nej uviazne.

Zaujímavý fakt. Pavúk žerie svoju vlastnú sieť. Vedci ponúkajú pre túto skutočnosť dve vysvetlenia - týmto spôsobom sa doplní strata bielkovín pri oprave rybárskej siete alebo pavúk jednoducho pije vodu visiacu na hodvábnych vláknach.

Zložitosť vzoru siete závisí od typu pavúkovca. Nižšie článkonožce vytvárajú jednoduché siete, zatiaľ čo vyššie článkonožce vytvárajú zložité geometrické vzory. Odhaduje sa, že stavia pascu s 39 polomermi a 39 špirálami. Okrem hladkých radiálnych závitov, pomocných a zachytávacích špirál existujú signálne závity. Tieto prvky zachytávajú a prenášajú na dravca vibrácie ulovenej koristi. Ak narazí na cudzí predmet (konár, list), malý majiteľ ho oddelí a vyhodí a potom obnoví sieť.

Veľké stromové pavúkovce ťahajú pasce s priemerom až 1 m. Do nich padá nielen hmyz, ale aj malé vtáky.

Ako dlho trvá pavúkovi utkať sieť?

Predátor strávi od pol hodiny do 2-3 hodín, aby vytvoril prelamovanú pascu na hmyz. Jeho prevádzkový čas závisí od poveternostných podmienok a plánovanej veľkosti siete. Niektoré druhy tkajú hodvábne nite denne, robia to ráno alebo večer, v závislosti od ich životného štýlu. Jedným z faktorov určujúcich, ako dlho trvá pavúkovi utkať sieť, je jej typ – plochý alebo objemný. Plochá je známa verzia radiálnych závitov a špirál a objemová je pasca vyrobená z hrudky vlákien.

Účel webu

Jemné siete nie sú len pasce na hmyz. Úloha webu v živote pavúkovcov je oveľa širšia.

Chytanie koristi

Všetky pavúky sú predátori, zabíjajú svoju korisť jedom. Niektorí jedinci majú navyše krehkú postavu a môžu sa sami stať obeťami hmyzu, napríklad ôs. Na lov potrebujú úkryt a pascu. Túto funkciu vykonávajú lepkavé vlákna. Korisť ulovenú v sieti zapletú do zámotku nití a nechajú ju, kým ju vstreknutý enzým neuvedie do tekutého stavu.

Vlákna pavúkovitého hodvábu sú tenšie ako ľudský vlas, ale ich špecifická pevnosť v ťahu je porovnateľná s oceľovým drôtom.

Reprodukcia

Počas obdobia párenia samce pripevňujú svoje vlastné vlákna na pavučinu samice. Rytmickým úderom na hodvábne vlákna oznamujú potenciálnemu partnerovi svoje zámery. Samica prijímajúca dvorenie zostúpi na územie samca, aby sa spárila. U niektorých druhov iniciuje hľadanie partnera samica. Vylučuje vlákno s feromónmi, vďaka čomu ju pavúk nájde.

Domov pre potomkov

Zámotky na vajíčka sú tkané z hodvábneho sekrétu. Ich počet v závislosti od druhu článkonožca je 2-1000 kusov. Samice zavesia sieťové vaky s vajíčkami na bezpečné miesto. Škrupina kokónu je pomerne pevná, pozostáva z niekoľkých vrstiev a je impregnovaná tekutým sekrétom.

Vo svojej nore pavúkovce tkajú siete okolo stien. To pomáha vytvárať priaznivú mikroklímu a slúži ako ochrana pred nepriaznivým počasím a prirodzenými nepriateľmi.

Sťahovanie

Jednou z odpovedí na otázku, prečo pavúk tká sieť, je, že ako dopravný prostriedok používa vlákna. Na pohyb medzi stromami a kríkmi, rýchlo pochopiť a spadnúť, potrebuje silné vlákna. Na prelet na veľké vzdialenosti sa pavúky vyšplhajú do zvýšených výšok, uvoľnia rýchlo tvrdnúcu sieť a potom s poryvom vetra odletia niekoľko kilometrov. Najčastejšie sa výlety robia v teplých, jasných dňoch babieho leta.

Prečo sa pavúk nelepí na sieť?

Aby sa pavúk nedostal do vlastnej pasce, vytvorí niekoľko suchých nití na pohyb. Dokonale sa orientujem v spletitosti sietí a bezpečne sa približuje k uviaznutej koristi. Zvyčajne v strede rybárskej siete zostáva bezpečná oblasť, kde dravec čaká na korisť.

Záujem vedcov o interakciu pavúkovcov s ich loveckými pascami sa začal pred viac ako 100 rokmi. Spočiatku sa navrhovalo, že na ich labkách je špeciálne mazivo, ktoré zabraňuje lepeniu. Žiadne potvrdenie teórie sa nikdy nenašlo. Natáčanie pohybu pavúčích nôh po vláknach zo zamrznutého sekrétu poskytlo vysvetlenie mechanizmu kontaktu pomocou špeciálnej kamery.

Pavúk sa nelepí na svoju sieť z troch dôvodov:

veľa elastických chĺpkov na nohách znižuje oblasť kontaktu s lepkavou špirálou;
špičky nôh pavúka sú pokryté olejovou kvapalinou;
pohyb prebieha zvláštnym spôsobom.

Aké je tajomstvo štruktúry nôh, ktoré pomáha pavúkovcom vyhnúť sa lepeniu? Na každej nohe pavúka sú dva podporné pazúry, ktorými sa drží na povrchu, a jeden pružný pazúr. Pri pohybe tlačí vlákna na pružné chĺpky na chodidle. Keď pavúk zdvihne nohu, pazúr sa narovná a chĺpky odtlačia pavučinu.

Ďalším vysvetlením je nedostatok priameho kontaktu medzi nohou pavúka a lepkavými kvapôčkami. Padajú na chĺpky na nohe a potom ľahko tečú späť na niť. Nech už zoológovia uvažujú o akejkoľvek teórii, fakt zostáva nezmenený, že pavúky sa nestávajú väzňami svojich vlastných lepkavých pascí.

Iné pavúkovce, ako sú roztoče a pseudoškorpióny, môžu tiež tkať siete. Ich siete sa však v sile a zručnom tkaní nedajú porovnávať s dielami skutočných majstrov - pavúkov. Moderná veda ešte nie je schopná reprodukovať web pomocou syntetickej metódy. Technológia výroby pavúčieho hodvábu zostáva jednou zo záhad prírody.

Ktokoľvek môže ľahko odstrániť pavučiny visiace medzi konármi stromu alebo pod stropom vo vzdialenom rohu miestnosti. Málokto však vie, že ak by mala stojina priemer 1 mm, mohla by vydržať zaťaženie s hmotnosťou približne 200 kg. Oceľový drôt rovnakého priemeru vydrží podstatne menej: 30–100 kg, v závislosti od typu ocele. Prečo má web také výnimočné vlastnosti?

Niektoré pavúky spriadajú až sedem typov vlákien, z ktorých každý má svoj vlastný účel. Nite sa dajú použiť nielen na chytanie koristi, ale aj na stavbu kukiel a zoskok padákom (vzletom vo vetre môžu pavúky uniknúť pred náhlou hrozbou a mladé pavúky sa tak šíria na nové územia). Každý typ tkaniny je vyrobený špeciálnymi žľazami.

Pavučina slúžiaca na chytanie koristi pozostáva z niekoľkých druhov nití (obr. 1): rámové, radiálne, lapacie a pomocné. Najväčší záujem vedcov je o rámový závit: má vysokú pevnosť a vysokú elasticitu - práve táto kombinácia vlastností je jedinečná. Maximálna pevnosť v ťahu závitu rámu pavúka Araneus diadematus je 1,1 – 2,7. Pre porovnanie: pevnosť v ťahu ocele je 0,4–1,5 GPa a pevnosť ľudských vlasov 0,25 GPa. Závit rámu sa zároveň môže natiahnuť o 30–35% a väčšina kovov vydrží deformáciu maximálne 10–20%.

Predstavme si lietajúci hmyz, ktorý zasiahne natiahnutú sieť. V tomto prípade sa vlákno pavučiny musí natiahnuť, aby sa kinetická energia lietajúceho hmyzu premenila na teplo. Ak by pavučina uchovala prijatú energiu vo forme energie elastickej deformácie, potom by sa hmyz od pavučiny odrážal ako od trampolíny. Dôležitou vlastnosťou tkaniny je, že pri rýchlom naťahovaní a následnom sťahovaní uvoľňuje veľmi veľké množstvo tepla: uvoľnená energia na jednotku objemu je viac ako 150 MJ/m 3 (oceľ uvoľňuje 6 MJ/m 3 ). To umožňuje pavučine efektívne rozptýliť energiu nárazu a príliš sa nenaťahovať, keď je v nej obeť zachytená. Pavučina alebo polyméry s podobnými vlastnosťami by mohli byť ideálnymi materiálmi pre ľahké nepriestrelné vesty.

Pavučina je teda nezvyčajný a veľmi sľubný materiál. Aké molekulárne mechanizmy sú zodpovedné za jeho výnimočné vlastnosti?

Sme zvyknutí na to, že molekuly sú extrémne malé predmety. Nie je to však vždy tak: okolo nás sú rozšírené polyméry, ktoré majú dlhé molekuly pozostávajúce z rovnakých alebo podobných jednotiek. Každý vie, že genetická informácia živého organizmu je zaznamenaná v dlhých molekulách DNA. Všetci držali v rukách igelitové vrecká, pozostávajúce z dlhých prepletených polyetylénových molekúl. Molekuly polymérov môžu dosiahnuť obrovské veľkosti.

Napríklad hmotnosť jednej molekuly ľudskej DNA je približne 1,9·1012 amu. (to je však približne stomiliardkrát viac ako hmotnosť molekuly vody), dĺžka každej molekuly je niekoľko centimetrov a celková dĺžka všetkých molekúl ľudskej DNA dosahuje 10 11 km.

Najdôležitejšou triedou prírodných polymérov sú proteíny; pozostávajú z jednotiek nazývaných aminokyseliny. Rôzne proteíny vykonávajú v živých organizmoch mimoriadne odlišné funkcie: riadia chemické reakcie, používajú sa ako stavebné materiály, na ochranu atď.

Lešenárske vlákno siete sa skladá z dvoch proteínov, ktoré sa nazývajú spidroins 1 a 2 (z angl. pavúk- pavúk). Spidroíny sú dlhé molekuly s hmotnosťou od 120 000 do 720 000 amu. Aminokyselinové sekvencie spidroínov sa môžu líšiť od pavúka k pavúku, ale všetky pavúky majú spoločné znaky. Ak mentálne natiahnete dlhú molekulu spidroínu v priamke a pozriete sa na sekvenciu aminokyselín, ukáže sa, že pozostáva z opakujúcich sa úsekov, ktoré sú si navzájom podobné (obr. 2). V molekule sa striedajú dva typy oblastí: relatívne hydrofilné (tie, ktoré sú energeticky priaznivé pre kontakt s molekulami vody) a relatívne hydrofóbne (tie, ktoré sa vyhýbajú kontaktu s vodou). Na koncoch každej molekuly sú dve neopakujúce sa hydrofilné oblasti a hydrofóbne oblasti pozostávajú z mnohých opakovaní aminokyseliny nazývanej alanín.

Dlhú molekulu (napr. proteín, DNA, syntetický polymér) si možno predstaviť ako pokrčené, zamotané lano. Natiahnutie nie je ťažké, pretože slučky vo vnútri molekuly sa môžu narovnať, čo si vyžaduje relatívne malé úsilie. Niektoré polyméry (napríklad guma) sa môžu natiahnuť až o 500 % svojej pôvodnej dĺžky. Schopnosť pavučín (materiál tvorený dlhými molekulami) deformovať sa viac ako kovy teda nie je prekvapujúca.

Odkiaľ pochádza sila webu?

Aby sme to pochopili, je dôležité sledovať proces tvorby nití. Vo vnútri pavúčej žľazy sa pavúky hromadia vo forme koncentrovaného roztoku. Keď sa vlákno vytvorí, tento roztok opustí žľazu cez úzky kanál, čo pomáha natiahnuť molekuly a orientovať ich v smere natiahnutia a zodpovedajúce chemické zmeny spôsobia, že sa molekuly zlepia. Fragmenty molekúl pozostávajúce z alanínov sa spájajú a vytvárajú usporiadanú štruktúru, podobnú kryštálu (obr. 3). Vo vnútri takejto štruktúry sú fragmenty položené navzájom paralelne a navzájom spojené vodíkovými väzbami. Práve tieto oblasti, vzájomne prepojené, poskytujú vláknu pevnosť. Typická veľkosť takýchto husto zložených oblastí molekúl je niekoľko nanometrov. Hydrofilné oblasti nachádzajúce sa okolo nich sú náhodne zvinuté, podobne ako pokrčené laná, môžu sa narovnať a tým zabezpečiť natiahnutie tkaniny.

Mnohé kompozitné materiály, ako sú vystužené plasty, sú konštruované na rovnakom princípe ako lešenársky závit: v relatívne mäkkej a pružnej matrici, ktorá umožňuje deformáciu, sú malé tvrdé oblasti, vďaka ktorým je materiál pevný. Hoci materiáloví vedci s podobnými systémami pracujú už dlho, umelé kompozity sa svojimi vlastnosťami iba začínajú približovať pavučinám.

Všimnime si tiež zaujímavú vlastnosť tvorby vlákna. Pavúk pod vplyvom vlastnej hmotnosti predĺži sieť, ale výsledná sieť (priemer závitu približne 1–10 μm) zvyčajne unesie šesťnásobok hmotnosti samotného pavúka. Ak zvýšite hmotnosť pavúka otáčaním v odstredivke, začne vylučovať hrubšiu a odolnejšiu, no menej tuhú pavučinu.

Pri používaní pavučín vyvstáva otázka, ako ich získať v priemyselných množstvách. Vo svete existujú inštalácie na „dojenie“ pavúkov, ktoré vyťahujú nite a navíjajú ich na špeciálne cievky. Táto metóda je však neúčinná: na nahromadenie 500 g siete je potrebných 27 000 stredne veľkých pavúkov. A tu prichádza na pomoc výskumníkom bioinžinierstvo. Moderné technológie umožňujú zaviesť gény kódujúce proteíny pavučiny do rôznych živých organizmov, ako sú baktérie alebo kvasinky. Tieto geneticky modifikované organizmy sa stávajú zdrojmi umelých sietí. Proteíny produkované genetickým inžinierstvom sa nazývajú rekombinantné. Všimnite si, že zvyčajne sú rekombinantné spidroíny oveľa menšie ako prirodzené, ale štruktúra molekuly (striedanie hydrofilných a hydrofóbnych oblastí) zostáva nezmenená.

Existuje istota, že umelý web nebude svojimi vlastnosťami horší ako prírodný a nájde svoje praktické uplatnenie ako odolný a ekologický materiál. V Rusku niekoľko vedeckých skupín z rôznych inštitútov spoločne študuje vlastnosti webu. Výroba rekombinantnej pavučiny sa uskutočňuje v Štátnom výskumnom ústave genetiky a selekcie priemyselných mikroorganizmov, fyzikálne a chemické vlastnosti proteínov sa študujú na Katedre bioinžinierstva Biologickej fakulty Moskovskej štátnej univerzity. M.V. Lomonosova, produkty z pavúčích proteínov vznikajú v Ústave bioorganickej chémie Ruskej akadémie vied a ich medicínske aplikácie sa študujú na Ústave transplantológie a umelých orgánov.

Brucho pavúkov obsahuje početné arachnoidné žľazy. Ich kanáliky ústia do malých rotujúcich rúrok, ktoré sa nachádzajú na koncoch šiestich pavúkovitých bradavíc na bruchu pavúka. Napríklad krížový pavúk má asi 500 až 550 takýchto rúrok. Arachnoidálne žľazy produkujú tekutý, viskózny sekrét pozostávajúci z bielkovín. Toto tajomstvo má schopnosť okamžite stvrdnúť na vzduchu. Preto, keď sa proteínový sekrét pavúkovitých žliaz vylučuje cez zvlákňovacie trubice, vytvrdzuje sa vo forme tenkých nití.

12
1. Krížový pavúk (s otvorenou brušnou dutinou)
2. Pavúkové bradavice

Pavúk začne spriadať svoju sieť takto: pritlačí bradavice siete k substrátu; zároveň malá časť uvoľneného sekrétu stuhne, prilepí sa naň. Pavúk potom pokračuje vo vyťahovaní viskózneho sekrétu z hadíc pomocou zadných nôh. Keď sa vzdiali od miesta pripojenia, zvyšok sekrétu sa jednoducho natiahne do rýchlo tuhnúcich vlákien.

Pavúky používajú siete na rôzne účely. Vo webovom úkryte nachádza pavúk priaznivú mikroklímu, kde sa uchýli aj pred nepriateľmi a zlým počasím. Niektoré pavúky tkajú siete okolo stien svojich nôr. Pavúk pletie zo svojej siete lepkavé lapacie siete, aby chytil korisť. Z pavučín sa vyrábajú aj vaječné kukly, v ktorých sa vyvíjajú vajíčka a mladé pavúky. Sieťku využívajú aj pavúky na cestovanie – malí Tarzanovia ňou pletú bezpečnostné nite, ktoré ich chránia pred pádom pri skákaní. V závislosti od účelu použitia môže pavúk vylučovať lepkavú alebo suchú niť určitej hrúbky.

Z hľadiska chemického zloženia a fyzikálnych vlastností sa pavučiny približujú hodvábu priadky morušovej a húsenice, len je oveľa pevnejší a pružnejší: ak je medza pevnosti pre húsenicový hodváb 33-43 kg na 1 mm 2, potom pre pavučiny je to je od 40 do 261 kg na mm 2 (v závislosti od typu)!

Iné pavúkovce, ako sú roztoče a pseudoškorpióny, môžu tiež vytvárať siete. Boli to však pavúky, ktoré dosiahli skutočné majstrovstvo v tkaní sietí. Koniec koncov, je dôležité nielen vedieť vyrobiť web, ale aj vyrobiť ho vo veľkých množstvách. Okrem toho by mal byť „tkáčsky stav“ umiestnený na mieste, kde je pohodlnejšie ho používať. U pseudoškorpiónov a roztočov sa surovinová základňa siete nachádza... v hlave a tkáčsky aparát je umiestnený na ústnych príveskoch. V podmienkach boja o existenciu získavajú výhodu zvieratá, ktorých hlavy sú zaťažené mozgami a nie pavučinami. To sú pavúky. Brucho pavúka je skutočnou továrňou na pavučiny a z atrofovaných brušných nôh na spodnej strane brucha sa vytvárajú zvlákňovacie zariadenia - pavučinové bradavice. A končatiny pavúkov sú jednoducho „zlaté“ – točia sa tak obratne, že by im ich závidela každá čipkárka.

Pri pohľade na pavúka sa mnohí z nás vyľakajú a snažia sa ho zničiť. A pavučiny, ktoré visia v rohoch a na stromoch?
Prečo a ako ju pavúk pletie?

Skúsme na to prísť.
Po prvé, v bruchu pavúka sú pavúkovité žľazy, ktoré produkujú lepivý sekrét, ktorý tuhne vo forme nití na vzduchu, a brušné končatiny s pohyblivými bradavicami tvoria vlákno a potom vlákno z nití. Pomocou hrebeňových pazúrov a štetín na končatinách sa pavúk rýchlo kĺže po sieti.

Prečo pavúk potrebuje sieť?

Ako sieť na chytanie, pretože sú to skutočné dravce. Vďaka viskóznej kvapaline sa do ich pasce dostane mnoho živých tvorov od hmyzu po vtáky.

Keď obeť padne do pasce, obeť rozkýva sieť a vibrácie prenesú signál do pavúka. Pristúpi k trofeji, posype tráviacim enzýmom, zabalí ju do kukly s pavučinou a čaká, kým si ju vychutná.

Na reprodukciu
Samce pavúkov pletú šnúrky vedľa siete samice, potom pravidelne klopú končatinami, aby nalákali samice na párenie. A samica vylučuje vlákno, ktoré pomáha nájsť jedinca na párenie. On zase pripojí svoju pavučinu k hlavným vláknam a signalizuje svojej vyvolenej, že je tu, a ona bez agresie zostúpi pozdĺž pripevnenej siete, aby sa spárila.

Pre pohyb
Vyskytli sa prípady, keď pavúky videli na lodi na šírom mori.

Niektoré exempláre používajú web ako transport. Vyšplhajú sa na vysoké predmety a uvoľnia lepkavú niť, ktorá okamžite zamrzne vo vzduchu; a pavúk letí na pavučine s protivetrom do nového bydliska.
Nie príliš veľké dospelé pavúky sa môžu zdvihnúť až do výšky 2-3 kilometrov vo vzduchu a cestovať týmto spôsobom.

Ako poistenie
Pre skokanov slúži pavučina ako poistka proti predátorom a na to, aby ju mohli použiť na útok na korisť.
Juhoruská tarantula má vždy sotva viditeľnú sieťovú niť, ktorá sa natiahne, aby našla vchod do svojej nory. Ak sa zrazu niť pretrhne a on príde o dom, začne si hľadať nový.
Kôň môže spať aj v noci, čím uniká pred nepriateľmi.

Ako útočisko pre potomkov
Na kladenie vajíčok samička upletie z vlákna pavučiny kokon, ktorý poskytuje istotu pre budúce potomstvo.
Dosky (hlavné a krycie) kokónu sú utkané z hodvábnych nití namočených v mrazenej hmote, takže sú veľmi odolné, podobne ako pergamen.
Existujú kokóny, ktoré sú voľné a vyzerajú ako vaty.

Na obloženie
Tarantula zakrýva steny svojich nôr sieťkou, aby sa steny nerozpadali, a nad vstupným otvorom si vybuduje originálny mobilný kryt.
chytiť korisť