Örümcek ağlarından yapılmış halat. Örümceklerin yaşamında ağların önemi nedir? Bir örümcek ağının bileşimi

Web'in pratik faydaları.

Her Çoğumuz ağın gayet iyi farkındayız: Ormanda ve hatta kendi evimizde defalarca örümcek ağlarıyla karşılaştık. Köşelerdeki örümcek ağlarını bir süpürgeyle fırçalıyorlar ve ormanda kazara yüzlerini bu ağlara değdirdiklerinde hoşnutsuzlukla onları silkiyorlar.

Bu arada örümcek ağı, pratik uygulamalarda çok ilginç ve kullanışlı bir doğal malzemedir; bunun muazzam önemi günümüzde çok sayıda sentetik polimer tarafından haksız yere gölgede bırakılmıştır.

En eski ağın en ince iplikleri, Doğu Sussex'teki Oxford Üniversitesi'ndeki işçiler tarafından bir kehribar parçasında keşfedildi. Eşsiz buluntunun yaşının yaklaşık 140 milyon yıl olduğu tahmin ediliyor. Bu noktaya kadar en eski örümceğin Lübnan'da bulunan ve 130 milyon yıl öncesine tarihlenen bir kehribar parçasındaki ağ olduğu düşünülüyordu; en yaşlı örümcek ise yaklaşık 120 milyon yıllık kehribarın içinde bulundu. 100 milyon yıldan daha uzun bir süre önce oluşan kehribar son derece nadirdir.

Bilim adamları, en modern ultramikroskopi teknolojilerini kullanarak, ipliklerinin uzunluğu bir milimetreden biraz daha fazla olan en eski örümcek ağını tanımlamayı başardılar. İlginç bir şekilde ağ, modern örümceklerin ördüğü ağa benzer. Keşfedilen ipliklerin konumu, bunların küre ağı için destek olduklarını tespit etmeyi mümkün kıldı. Aynı kehribar parçası iki adet antik örümcek ağını muhafaza ediyordu.

Bu keşif sayesinde, konuyu inceleyen paleobiyologlar, eklembacaklıların aslında sanıldığından çok daha eski canlılar olduğunu öne sürdüler. Daha önce, eklembacaklıların avı olan uçan böceklerin geniş dağılımının, gezegenimizdeki çiçekli bitkilerin ortaya çıkmasından kaynaklandığına inanılıyordu. Oxford bilim adamlarının keşfi incelendikten sonra, en eski örümceklerin toprak yüzeyinde ağ örerek sürünen ve sıçrayan böcekleri avladıkları öne sürüldü.

Örümcek ağlarına ek olarak, aynı kehribar parçası, yanmış ağaç kabuğu parçacıklarını ve iğne yapraklı bir ağacın öz suyunu korumuştur. Muhtemelen ağaç, örümcek ağlarını emen ve daha sonra bir orman yangını sırasında kehribar rengine dönüşen reçine saldı.

Örümcekler barınak inşa etmek, yuvaları kaplamak, tuzak ağları ve koza yumurtlamak için ağları kullanırlar; erkekler üreme amacıyla bundan bir sperm ağı oluştururlar. Bazı örümceklerin yavrularında, uzun ağ iplikleri rüzgarla dağılırken paraşüt görevi görür. Bir yakalama ağı yaparken, örümcek önce çerçeveyi ve radyal iplikleri gerer, ardından geçici bir destek spiral ipliği yerleştirir ve bundan sonra yapışkan bir spiral yakalama ağı örer, ardından kesilen kısım destek ipliğini ısırır.

Örümcek ağı glisin, alanin ve serin açısından zenginleştirilmiş bir proteindir. Araknoid bezin içinde sıvı halde bulunur. Araknoid siğillerin yüzeyinde açılan çok sayıda dönen tüpten salgılandığında proteinin yapısı değişir, bunun sonucunda ince bir iplik şeklinde sertleşir. Daha sonra örümcek bu birincil iplikleri daha kalın bir ağ lifi halinde örer.

Ağın omurgası iki proteinden oluşur: daha güçlü olan spidroin-1 ve daha elastik olan spidroin-2. Webin benzersiz özelliklerini belirleyen, bunların özelliklerinin birleşimidir.

Ağın çapı birkaç milimetreye kadar olabilir ve çok ince ipliklerden oluşur. Ağ son derece ince ve hafiftir. Gezegenimizin ekvatorunu çevrelemek sadece 340 gram alacaktır!

Bilim adamları en çok, alışılmadık derecede güçlü ve elastik olan ağın çerçeve ipliğiyle ilgileniyorlar. Örümcek ipliğinin mukavemet açısından naylona yakın olduğunu çok az kişi biliyor; çekme mukavemeti, çelikten birkaç kat daha güçlü olan 40 ila 260 kg/mm2 arasında değişiyor. Ağın çapı 1 mm olsaydı, yaklaşık 200 kg'lık bir yükü destekleyebilirdi. Aynı çaptaki çelik tel, çeliğin türüne bağlı olarak önemli ölçüde daha azına dayanabilir: 30-100 kg. Ayrıca alışılmadık derecede elastiktir.

İlginçtir ki, ağ ıslandığında büyük ölçüde büzülür (bu olguya süper büzülme denir). Bunun nedeni, su moleküllerinin elyafa nüfuz etmesi ve düzensiz hidrofilik bölgeleri daha hareketli hale getirmesidir. Ağ böcekler nedeniyle gerilmiş ve sarkmışsa, nemli veya yağmurlu bir günde büzülür ve aynı zamanda şeklini eski haline getirir.

Örümcek ağının bir başka olağandışı özelliği de iç eklemlenmesidir: örümcek ağı lifi üzerinde asılı duran bir nesne aynı yönde süresiz olarak döndürülebilir ve aynı zamanda sadece bükülmekle kalmayacak, aynı zamanda gözle görülür bir karşı kuvvet de yaratmayacaktır. .

Bildiğiniz gibi insanlar doğal malzemelerden doğal iplikleri büyük bir ustalıkla çıkarıyorlardı. Daha sonra, bu tür ipliklerden - yün, pamuk, keten, ısırgan otundan ve hatta ipekböceği kozasının en ince ipliklerinden - kumaşlar ortaya çıktı. Ancak internetin kullanımı bu yönde yeni ufuklar açıyor çünkü dayanıklı ve hafif kumaşlar yapmak için mükemmel bir malzemedir.

Bu tür bir kumaş yapmak için ilk girişim, üç yüzyıl önce, ithal ipeğin örümcek ipeğiyle değiştirilmesi yönündeki önerilerini Kraliyet Bilim Derneği'ne sunan Fransız böcek bilimci Bon tarafından yapıldı. Örnek olarak örümcek ipeğinden yapılmış çoraplar ve eldivenler dahil edildi. Bilim adamının fikri, örümceklerin kitlesel üremesinin zorluğu nedeniyle destek bulamadı. Günümüzde bu soruna bir çözüm var ancak çok sayıda sentetik ipliğin ortaya çıkması örümcek ipeğine olan talebi keskin bir şekilde azalttı.

Dayanıklılık, hafiflik ve güzellik açısından olağanüstü olan örümcek ağı kumaşı günümüzde hala kullanılmakta ve Çin'de “Doğu Deniz Kumaşı” adıyla tanınmaktadır. Polinezyalılar, büyük ağ örümceklerinin ağını, olta takımı dikmek ve dokumak için iplik olarak kullandılar. Fransa'da 18. yüzyılın başlarında haç ağından eldiven ve çoraplar yapılması evrensel hayranlık uyandırdı. Bir örümcekten aynı anda 500 m'ye kadar iplik elde edilebildiği bilinmektedir. 1899 yılında büyük bir Madagaskar örümceğinin ağından bir zeplin kaplaması için kumaş elde etmeye çalıştılar ve 5 m uzunluğunda lüks bir kumaş örneği üretmeyi başardılar.

Günümüzde örümcek ağı iplikleri esas olarak optik endüstrisinde optik aletlerde artı işareti uygulamak için ve mikrocerrahide iplik olarak kullanılmaktadır ve yüksek bakteri öldürücü özellikleri nedeniyle tıpta dikiş malzemesi, yapay bağ ve tendon olarak başarıyla kullanılabilirler. yaraları, yanıkları vb. iyileştirmek için filmler

Bu tür proteinleri laboratuvarda kimyasal olarak sentezlemek imkansızdır - çok karmaşıktırlar. Ancak bilim adamları biyoteknolojik teknolojileri kullanarak bir tür yapay analog oluşturmayı başardılar. Bu iplik, Mytishchi'deki Uglekhimvolokno Araştırma Merkezi'ndeki uzmanlar tarafından dayanıklılık açısından test edildi. Sadece birkaç mikron kalınlığındaki bir iplik, kopma anında 50-100 mg'lık yüke dayanabilir. Bir örümceğinkinden yalnızca dört kat daha az dayanıklı olduğu ortaya çıktı ve bu çok iyi bir sonuç. Aynı zamanda bu ipliğin kopma enerjisi (esneklik) değeri zaten kemik veya tendonunkinden daha yüksektir.

Örümcek ağlarından sadece iplikler değil filmler de yapılabilir. Bu formda, vücut tarafından reddedilmeyecek ve kendi epitelinin yenilenmesini teşvik edecek yara ve yanıkların iyileştirici örtüleri için “yapay ağ” kullanılması planlanıyor.

Örümcek ağlarının ipeğe benzer şekilde doğal yollarla elde edilmesi için girişimlerde bulunulmuştur. Hatta örümceği "sağmak" ve hassas iplikleri yavaşça dönen bir makaraya dikkatlice sarmak için çeşitli cihazlar icat edildi.

Çeşitli engeller vardı. Birincisi, örümceklerin kavgacı doğasıdır: Bir arada tutulduklarında bu hayvanlar kavga eder ve birbirlerini yerler. İkincisi, her örümcek çok az ağ üretiyor: 500 gram lif üretmek için ortalama 27 bin örümceğe ihtiyaç duyulacağı tahmin ediliyor. Eklembacaklıların üretkenliğinin endüstriyel talepleri karşılama ihtimalinin düşük olduğu açıktır. Tek bir çıkış yolu var: onu yapay olarak elde etmeyi öğrenmek.

Pasifik Adaları sakinleri, örümcekleri alışılmadık derecede güçlü ve suda neredeyse görünmez olan balık ağlarını örmeye "zorluyor". Afrika'nın doğu kıyısına yakın Madagaskar adasında ise birçok köylü hala iplik yerine örümcek ağı kullanıyor.

Yaklaşık yüz yıl önce bir Fransız vaiz tarafından geliştirilen teknoloji, bir milyon Madagaskar örümceğinin altın ağlarının toplanmasını mümkün kıldı.

Sanat eleştirmeni Simon Peers ve Amerikalı iş ortağı Nicholas Godley, 3,4 x 1,2 metre boyutlarında benzersiz bir tuval yaratmak için birkaç düzine işçiyi işe aldı.

“İplik” tedarikçileri, Nephila cinsine ait bir milyon küre ören örümcek (altın küre örümcekleri) idi. Bilim adamı ve girişimci, belki de en sıra dışı kumaştan bir parça üretmek için hayatının neredeyse beş yılını ve yaklaşık 500 bin dolarını harcadı.

Goodley ilk olarak 1994 yılında Madagaskar'a geldi ve burada Raphia palmiye ağacının liflerinden ürünler üreten küçük bir şirket kurdu. 1999 yılında Nicholas ilk moda çanta koleksiyonunu (görünüşe göre aynı malzemeden) piyasaya sürdü ve 2005 yılında fabrikayı kapattı ve Pierce ile birlikte tamamen "örümcek kumaş" üretimine geçti.

Goodley, bu sıradışı tabloyu yaratmak için 19. yüzyılda Madagaskar eyaletlerinden birinin Fransız valisinin nasıl benzer bir şey yapmaya çalıştığını anlatan hikayelerden ilham aldı. Ancak Nicholas bu hikayelerin gerçek mi yoksa kurgu mu olduğunu kesin olarak bilmiyordu.

Aslında örümcek ipeği Madagaskar sakinleri arasında pek popüler değil (“standart” ipekböceğinin yetiştirilmesi çok daha kolay olduğu için bu anlaşılabilir bir durumdur). Ancak 19. yüzyılda Merina Krallığı'nın tebaası yine de onunla çalışmaya karar verdi. Örümcek ağlarından yapılan ürünler kraliyet ailelerinin üyelerine sunuldu. İplik dokumanın özel bir geleneği bile vardı.

Pearce ve Goodley'in çalışması, Madagaskar'ın başkenti Antananarivo yakınlarında Nephila madagascariensis türünden örümcekleri toplamak için 70 işçiyi işe almalarıyla başladı.

Yalnızca dişiler altın renginde benzersiz, dayanıklı bir ağ oluşturur. Eklembacaklılar ağlarını yalnızca yılın bu zamanında ürettikleri için (bu da ağın üretim süreci üzerinde ek kısıtlamalar getirir) toplama işlemi yağmur mevsiminde gerçekleştirildi.

Bir tür iplik fabrikası oluşturmak için örümcekler özel odalara yerleştirildi ve burada hareketsiz tutuldu. Nephila madagascariensis'in zehirli olmadığı, ısırdığı söylenmelidir. Ayrıca kaçabilirler veya birbirlerini yiyebilirler. Pierce, "İlk başta 20 dişimiz vardı, ancak kısa süre sonra üç kadına ulaştık ama onlar çok şişmandı" diyor.

Böylece, sonuçta huzursuz yaratıklar birbirlerinden izole edilirken, aynı anda fabrikada yaşayan bireylerin sayısı da arttı.

On işçi, örümceklerin dönen organlarından sarkan ağları topluyordu. Bu sayede bir kişiden yaklaşık 25 metre değerli malzeme elde etmek mümkün oldu.

Pearce, 14 bin örümceğin yaklaşık 28 gram örümcek ipeği ürettiğini ve son kumaş parçasının toplam ağırlığının 1180 gram kadar olduğunu belirtiyor!

Daha sonra, birincil ipliği oluşturmak için dokumacılar 24 parça ağı elle bir araya getirdiler, dört ana parça daha sonra bir ana ipliğe (toplam 96 parça) dönüştürüldü ve yalnızca bundan kumaşı dokudular. İşin ne kadar özenli olduğunu tahmin edebilirsiniz.

Pek çok uzman, örümcek ağlarından elde edilen malzemenin savaş alanında, ameliyatlarda ve hatta uzayda faydalı olacağından emin. Rusya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü ile Transplantoloji ve Yapay Organlar Enstitüsü, örümcek ağı proteinlerinden ürün elde etmekle ilgileniyor.

Halk hekimliğinde böyle bir tarif var: Kanamayı durdurmak için, bir yaraya veya sıyrık üzerine bir örümcek ağı uygulayabilir, onu böceklerden ve içine sıkışmış küçük dallardan dikkatlice temizleyebilirsiniz. Örümcek ağlarının hemostatik etkiye sahip olduğu ve hasarlı cildin iyileşmesini hızlandırdığı ortaya çıktı. Cerrahlar ve transplantologlar bunu dikiş malzemesi olarak, implantları güçlendirmek için ve hatta yapay organlar için boşluk olarak kullanabilirler. Örümcek ağları kullanılarak günümüzde tıpta kullanılan birçok malzemenin mekanik özellikleri önemli ölçüde iyileştirilebilmektedir.

Araknid düzeninin temsilcileri her yerde bulunabilir. Bunlar böcekleri avlayan avcılardır. Avlarını ağ kullanarak yakalarlar. Bu, sineklerin, arıların ve sivrisineklerin yapıştığı esnek ve dayanıklı bir elyaftır. Bir örümceğin ağını nasıl ördüğü, harika bir yakalama ağına bakarken sıklıkla sorulan bir sorudur.

Ağ nedir?

Örümcekler gezegenin en eski sakinlerinden biridir; küçük boyutları ve özel görünümleri nedeniyle yanlışlıkla böcek olarak kabul edilirler. Aslında bunlar eklembacaklıların düzeninin temsilcileridir. Örümceğin vücudunda sekiz bacak ve iki bölüm bulunur:

sefalotoraks;
karın.

Böceklerden farklı olarak antenleri ve başlarını göğüsten ayıran bir boyunları yoktur. Bir eklembacaklıların karnı, örümcek ağı üretimi için bir tür fabrikadır. Güç veren alanin ve elastikiyetten sorumlu olan glisinden zenginleştirilmiş proteinden oluşan bir salgı üreten bezler içerir. Kimyasal formüle göre örümcek ağları böcek ipeğine yakındır. Bezlerin içinde salgı sıvı haldedir, ancak havaya maruz kaldığında sertleşir.

Bilgi. İpekböceği tırtıllarının ve örümcek ağlarının ipeği benzer bir bileşime sahiptir; %50'si fibroin proteinidir. Bilim adamları örümcek ipliğinin tırtıl salgısından çok daha güçlü olduğunu bulmuşlardır. Bunun nedeni lif oluşumunun özelliğidir.

Örümcek ağı nereden geliyor?

Eklembacaklıların karnında büyümeler var - araknoid siğiller. Üst kısımlarında araknoid bezlerin kanalları açılarak iplikler oluşur. Farklı amaçlarla (hareket ettirmek, indirmek, avı dolaştırmak, yumurtaları depolamak) ipek üreten 6 tip bez vardır. Bir türde bu organların tümü aynı anda oluşmaz; genellikle bir bireyde 1-4 çift bez bulunur.

Siğillerin yüzeyinde protein salgılanmasını sağlayan 500'e kadar dönen tüp bulunur. Örümcek ağını şu şekilde örer:

örümcek siğilleri tabana (ağaç, çimen, duvar vb.) bastırılır;
seçilen yere az miktarda protein yapışır;
örümcek, ipliği arka ayaklarıyla çekerek uzaklaşır;
ana iş için uzun ve esnek ön ayaklar kullanılır, onların yardımıyla kuru ipliklerden bir çerçeve oluşturulur;
Ağ oluşturmanın son aşaması yapışkan spirallerin oluşmasıdır.

Bilim adamlarının gözlemleri sayesinde örümcek ağının nereden geldiği anlaşıldı. Karın üzerinde hareketli çift siğiller tarafından üretilir.

İlginç gerçek. Ağ çok hafiftir; Dünya'yı ekvator boyunca saran bir ipliğin ağırlığı yalnızca 450 gram olacaktır.

Örümcek karnından iplik çekiyor

Balık ağı nasıl kurulur

Rüzgar, inşaatta örümceğin en iyi yardımcısıdır. Siğillerden ince bir iplik çıkaran örümcek, onu, donmuş ipeği önemli bir mesafeye taşıyan bir hava akışına maruz bırakır. Bu, bir örümceğin ağaçlar arasında ağ örmesinin gizli yoludur. Ağ, ağaç dallarına kolayca tutunur, onu bir ip gibi kullanarak eklembacaklıların bir yerden bir yere hareket etmesini sağlar.

Webin yapısında belirli bir desen izlenebilir. Temeli, bir noktadan ayrılan ışınlar şeklinde düzenlenmiş güçlü ve kalın ipliklerden oluşan bir çerçevedir. Örümcek dış kısımdan başlayarak daireler oluşturarak yavaş yavaş merkeze doğru hareket eder. Herhangi bir ekipman olmadan her daire arasında aynı mesafeyi koruması şaşırtıcıdır. Liflerin bu kısmı yapışkandır ve böceklerin sıkışıp kalacağı yerdir.

İlginç gerçek. Örümcek kendi ağını yer. Bilim adamları bu gerçek için iki açıklama sunuyorlar - bu şekilde balık ağının onarımı sırasında protein kaybı yenileniyor veya örümcek sadece ipek ipliklerde asılı olan suyu içiyor.

Ağ deseninin karmaşıklığı eklembacaklıların türüne bağlıdır. Alt eklembacaklılar basit ağlar oluştururken, yüksek eklembacaklılar karmaşık geometrik desenler oluşturur. 39 yarıçaplı ve 39 spiralden oluşan bir tuzak kurduğu tahmin edilmektedir. Düz radyal dişlere, yardımcı ve yakalayıcı spirallere ek olarak sinyal dişleri de vardır. Bu unsurlar yakalanan avın titreşimlerini yakalar ve avcıya iletir. Karşısına yabancı bir cisim (dal, yaprak) çıkarsa, küçük sahibi onu ayırıp atar, ardından ağı onarır.

Büyük ağaç araknidleri, çapı 1 m'ye kadar olan tuzakları çeker, sadece böcekler değil, aynı zamanda küçük kuşlar da bunlara düşer.

Bir örümceğin ağını örmesi ne kadar sürer?

Bir yırtıcı, böcekler için açık bir tuzak oluşturmak için yarım saatten 2-3 saate kadar zaman harcar. Çalışma süresi hava koşullarına ve ağın planlanan boyutuna bağlıdır. Bazı türler her gün ipek iplik örüyor, bunu yaşam tarzlarına bağlı olarak sabah veya akşam yapıyor. Bir örümceğin ağını örmesinin ne kadar süreceğini belirleyen faktörlerden biri de onun türü (düz veya hacimli). Düz olan, radyal ipliklerin ve spirallerin tanıdık versiyonudur ve hacimsel olan, bir elyaf yığınından yapılmış bir tuzaktır.

Webin amacı

İnce ağlar yalnızca böcek tuzakları değildir. Örümceklerin yaşamında ağın rolü çok daha geniştir.

Avı yakalamak

Tüm örümcekler yırtıcı hayvanlardır ve avlarını zehirle öldürürler. Dahası, bazı bireyler kırılgan bir yapıya sahiptir ve kendileri de eşekarısı gibi böceklerin kurbanı olabilirler. Avlanmak için barınağa ve tuzağa ihtiyaçları var. Yapışkan lifler bu işlevi yerine getirir. Ağa yakalanan avı bir iplik kozasına dolaştırırlar ve enjekte edilen enzim onu sıvı hale getirene kadar bırakırlar.

Araknid ipek lifleri insan saçından daha incedir ancak spesifik gerilme mukavemetleri çelik tel ile karşılaştırılabilir düzeydedir.

Üreme

Çiftleşme döneminde erkekler kendi ipliklerini dişinin ağına bağlarlar. İpek liflerine ritmik bir şekilde vurarak niyetlerini potansiyel bir partnere iletirler. Kur yapmayı kabul eden dişi, çiftleşmek için erkeğin bölgesine iner. Bazı türlerde eş arayışını dişi başlatır. Örümceğin onu bulduğu feromonlu bir iplik salgılar.

Gelecek nesiller için ev

Yumurta kozaları ipeksi ağ salgısından dokunur. Eklem bacaklıların türüne bağlı olarak sayıları 2-1000 adettir. Dişiler yumurtaların bulunduğu ağ keselerini güvenli bir yere asarlar. Kozanın kabuğu oldukça güçlüdür, birkaç katmandan oluşur ve sıvı salgıyla doyurulur.

Örümcekler yuvalarında duvarların etrafına ağlar örerler. Bu, uygun bir mikro iklimin yaratılmasına yardımcı olur ve kötü hava koşullarına ve doğal düşmanlara karşı koruma görevi görür.

Hareketli

Bir örümceğin neden ağ ördüğü sorusunun cevaplarından biri de ipleri araç olarak kullanmasıdır. Ağaçlar ve çalılar arasında hareket etmek, hızlı bir şekilde anlamak ve düşmek için güçlü liflere ihtiyacı vardır. Uzun mesafelerde uçmak için örümcekler yüksek yüksekliklere tırmanır, hızla sertleşen bir ağı serbest bırakır ve ardından şiddetli bir rüzgarla birkaç kilometre uçup giderler. Çoğu zaman geziler Hint yazının sıcak ve açık günlerinde yapılır.

Örümcek neden ağına yapışmaz?

Örümcek, kendi tuzağına düşmemek için hareket etmek üzere birkaç kuru iplik yapar. Ağların karmaşıklıklarında yolumu mükemmel bir şekilde biliyorum ve o, sıkışıp kalan ava güvenli bir şekilde yaklaşıyor. Genellikle balık ağının ortasında yırtıcı hayvanın avını beklediği güvenli bir alan kalır.

Bilim adamlarının örümceklerle avlanma tuzakları arasındaki etkileşime olan ilgisi 100 yıldan fazla bir süre önce başladı. Başlangıçta patilerinde yapışmayı önleyen özel bir kayganlaştırıcı olduğu öne sürüldü. Teorinin hiçbir onayı bulunamadı. Örümceğin bacaklarının donmuş salgıdan gelen lifler boyunca hareketinin özel bir kamerayla filme alınması, temas mekanizması hakkında bir açıklama sağladı.

Bir örümcek üç nedenden dolayı ağına yapışmaz:

bacaklarındaki çok sayıda elastik kıl, yapışkan spiralle temas alanını azaltır;
örümceğin bacaklarının uçları yağlı bir sıvıyla kaplıdır;
hareket özel bir şekilde gerçekleşir.

Araknidlerin yapışmasını önlemeye yardımcı olan bacak yapısının sırrı nedir? Örümceğin her bacağında yüzeye tutunmasını sağlayan iki destekleyici pençe ve bir esnek pençe vardır. Hareket ettikçe iplikleri ayaktaki esnek tüylere doğru bastırır. Örümcek bacağını kaldırdığında pençe düzleşir ve tüyler ağı iter.

Diğer bir açıklama ise eklembacaklıların bacağı ile yapışkan damlacıklar arasında doğrudan temasın olmamasıdır. Ayağın kıllarına düşerler ve daha sonra kolayca ipliğe geri akarlar. Zoologların teorileri ne olursa olsun, örümceklerin kendi yapışkan tuzaklarının esiri olmadıkları gerçeği değişmeden kalır.

Akarlar ve sahte akrepler gibi diğer eklembacaklılar da ağ örebilir. Ancak ağları, güç ve yetenekli dokuma açısından gerçek ustaların - örümceklerin eserleri ile karşılaştırılamaz. Modern bilim henüz sentetik bir yöntem kullanarak ağı yeniden üretemiyor. Örümcek ipeği yapma teknolojisi doğanın gizemlerinden biri olmaya devam ediyor.

Odanın uzak köşesinde, ağaç dalları arasında veya tavanın altında asılı olan örümcek ağlarını herkes rahatlıkla temizleyebilir. Ancak çok az kişi, ağın 1 mm çapında olması durumunda yaklaşık 200 kg'lık bir yüke dayanabileceğini biliyor. Aynı çaptaki çelik tel, çeliğin türüne bağlı olarak önemli ölçüde daha azına dayanabilir: 30–100 kg. Web neden bu kadar olağanüstü özelliklere sahip?

Bazı örümcekler, her birinin kendi amacı olan yedi tür iplik örerler. İplikler sadece av yakalamak için değil, koza yapmak ve paraşütle atlamak için de kullanılabilir (örümcekler rüzgarda havalanarak ani bir tehditten kaçabilirler ve genç örümcekler bu şekilde yeni bölgelere yayılırlar). Her ağ türü özel bezler tarafından üretilir.

Avı yakalamak için kullanılan ağ çeşitli iplik türlerinden oluşur (Şekil 1): çerçeve, radyal, yakalayıcı ve yardımcı. Bilim adamlarının en büyük ilgisi çerçeve ipliğidir: hem yüksek mukavemete hem de yüksek esnekliğe sahiptir - benzersiz olan bu özelliklerin birleşimidir. Örümceğin çerçeve ipliğinin üstün gerilme mukavemeti Araneus diadematus 1,1–2,7'dir. Karşılaştırma için: Çeliğin gerilme mukavemeti 0,4-1,5 GPa, insan saçının ise 0,25 GPa'dır. Aynı zamanda çerçeve ipliği %30-35 oranında gerilebilir ve çoğu metal %10-20'den fazla olmayan deformasyona dayanabilir.

Gerilmiş bir ağa çarpan uçan bir böceği hayal edelim. Bu durumda, uçan böceğin kinetik enerjisinin ısıya dönüşmesi için ağın ipliğinin gerilmesi gerekir. Ağ, alınan enerjiyi elastik deformasyon enerjisi biçiminde depolarsa, böcek ağdan trambolinde olduğu gibi sekecektir. Ağın önemli bir özelliği, hızlı esneme ve ardından gelen büzülme sırasında çok büyük miktarda ısı açığa çıkarmasıdır: birim hacim başına salınan enerji 150 MJ/m3'ten fazladır (çelik 6 MJ/m3 açığa çıkarır). Bu, ağın darbe enerjisini etkili bir şekilde dağıtmasına ve kurban ağa yakalandığında çok fazla esnememesine olanak tanır. Örümcek ağı veya benzer özelliklere sahip polimerler hafif vücut zırhı için ideal malzemeler olabilir.

Yani örümcek ağı alışılmadık ve çok umut verici bir malzemedir. Olağanüstü özelliklerinden hangi moleküler mekanizmalar sorumludur?

Moleküllerin son derece küçük nesneler olduğu gerçeğine alışkınız. Ancak durum her zaman böyle değildir: Aynı veya benzer birimlerden oluşan uzun moleküllere sahip polimerler çevremizde yaygındır. Canlı bir organizmanın genetik bilgisinin uzun DNA moleküllerinde kayıtlı olduğunu herkes bilir. Herkesin elinde uzun iç içe geçmiş polietilen moleküllerinden oluşan plastik poşetler vardı. Polimer molekülleri çok büyük boyutlara ulaşabilir.

Örneğin, bir insan DNA molekülünün kütlesi yaklaşık 1,9·10 12 amu'dur. (ancak bu, bir su molekülünün kütlesinden yaklaşık yüz milyar kat daha fazladır), her molekülün uzunluğu birkaç santimetredir ve tüm insan DNA moleküllerinin toplam uzunluğu 10 11 km'ye ulaşır.

Doğal polimerlerin en önemli sınıfı proteinlerdir; amino asit adı verilen birimlerden oluşurlar. Farklı proteinler canlı organizmalarda son derece farklı işlevler yerine getirir: kimyasal reaksiyonları kontrol ederler, yapı malzemesi olarak, koruma vb. olarak kullanılırlar.

Ağın iskele ipliği, spidroin 1 ve 2 adı verilen iki proteinden oluşur (İngilizce'den örümcek- örümcek). Spidroinler, kütleleri 120.000 ila 720.000 amu arasında değişen uzun moleküllerdir. Spidroinlerin amino asit dizileri örümcekten örümceğe farklılık gösterse de tüm spidroinlerin ortak özellikleri vardır. Uzun bir spidroin molekülünü zihinsel olarak düz bir çizgide uzatırsanız ve amino asitlerin dizisine bakarsanız, bunun birbirine benzer tekrarlanan bölümlerden oluştuğu ortaya çıkar (Şekil 2). Molekülde iki tip bölge dönüşümlü olarak bulunur: nispeten hidrofilik (su molekülleriyle temasa enerjik olarak uygun olanlar) ve nispeten hidrofobik (su ile teması önleyenler). Her molekülün uçlarında tekrarlanmayan iki hidrofilik bölge bulunur ve hidrofobik bölgeler, alanin adı verilen bir amino asidin birçok tekrarından oluşur.

Uzun bir molekül (örneğin protein, DNA, sentetik polimer) buruşuk, dolaşmış bir ip gibi düşünülebilir. Uzatmak zor değil çünkü molekülün içindeki halkalar nispeten az çaba gerektirerek düzleşebiliyor. Bazı polimerler (kauçuk gibi) orijinal uzunluklarının %500'üne kadar esneyebilmektedir. Dolayısıyla örümcek ağlarının (uzun moleküllerden oluşan bir malzeme) metallere göre daha fazla deforme olma yeteneği şaşırtıcı değildir.

Web'in gücü nereden geliyor?

Bunu anlamak için iplik oluşumu sürecini takip etmek önemlidir. Örümcek bezinin içinde spidroinler konsantre bir çözelti halinde birikir. Filament oluştuğunda, bu çözelti bezi dar bir kanaldan terk eder, bu moleküllerin gerilmesine ve gerilme yönüne göre yönlendirilmesine yardımcı olur ve karşılık gelen kimyasal değişiklikler moleküllerin birbirine yapışmasına neden olur. Alaninlerden oluşan molekül parçaları bir araya gelerek kristale benzer şekilde düzenli bir yapı oluşturur (Şekil 3). Böyle bir yapının içinde parçalar birbirine paralel olarak yerleştirilir ve birbirlerine hidrojen bağlarıyla bağlanır. Lifin mukavemetini sağlayan, birbirine kenetlenmiş bu alanlardır. Moleküllerin bu kadar yoğun bir şekilde paketlenmiş bölgelerinin tipik boyutu birkaç nanometredir. Çevrelerinde bulunan hidrofilik alanlar, buruşuk halatlara benzer şekilde rastgele sarılmış hale gelir, düzleşebilir ve böylece ağın gerilmesini sağlayabilirler.

Takviyeli plastikler gibi birçok kompozit malzeme, iskele ipliğiyle aynı prensibe göre yapılır: deformasyona izin veren nispeten yumuşak ve esnek bir matriste, malzemeyi güçlü kılan küçük sert alanlar vardır. Malzeme bilimcileri uzun süredir benzer sistemlerle çalışıyor olsa da insan yapımı kompozitler, özellikleri bakımından örümcek ağlarına yeni yeni yaklaşmaya başlıyor.

İpliğin oluşumunun ilginç bir özelliğine de dikkat edelim. Örümcek, ağını kendi ağırlığının etkisi altında uzatır, ancak ortaya çıkan ağ (iplik çapı yaklaşık 1-10 μm) genellikle örümceğin kendisinin altı katı bir kütleyi destekleyebilir. Örümceğin ağırlığını santrifüjde döndürerek arttırırsanız, daha kalın ve dayanıklı ancak daha az sert bir ağ salgılamaya başlar.

Örümcek ağlarının kullanılması söz konusu olduğunda endüstriyel miktarlarda nasıl elde edileceği sorusu ortaya çıkıyor. Dünyada örümceklerin "sağılması" için iplikleri çekip özel makaralara saran tesisler var. Ancak bu yöntem etkisizdir: 500 g ağı biriktirmek için 27 bin orta boy örümceğe ihtiyaç vardır. Ve burada biyomühendislik araştırmacıların yardımına geliyor. Modern teknolojiler, örümcek ağı proteinlerini kodlayan genlerin, bakteri veya maya gibi çeşitli canlı organizmalara aktarılmasını mümkün kılmaktadır. Genetiği değiştirilmiş bu organizmalar yapay ağların kaynağı haline geliyor. Genetik mühendisliği ile üretilen proteinlere rekombinant denir. Genellikle rekombinant spidroinlerin doğal olanlardan çok daha küçük olduğunu, ancak molekülün yapısının (alternatif hidrofilik ve hidrofobik bölgeler) değişmeden kaldığını unutmayın.

Yapay ağın, doğal olanlardan daha düşük özelliklere sahip olmayacağına ve pratik uygulamasını dayanıklı ve çevre dostu bir malzeme olarak bulacağına dair güven vardır. Rusya'da, çeşitli enstitülerden birçok bilimsel grup, web'in özelliklerini ortaklaşa inceliyor. Rekombinant örümcek ağının üretimi Devlet Genetik Araştırma Enstitüsü ve Endüstriyel Mikroorganizmaların Seçimi'nde gerçekleştirilmekte, proteinlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri Moskova Devlet Üniversitesi Biyoloji Fakültesi Biyomühendislik Bölümü'nde incelenmektedir. M.V. Lomonosov'a göre, örümcek ağı proteinlerinden ürünler Rusya Bilimler Akademisi Biyoorganik Kimya Enstitüsü'nde oluşturulmakta ve bunların tıbbi uygulamaları Transplantoloji ve Yapay Organlar Enstitüsü'nde incelenmektedir.

Örümceklerin karnında çok sayıda araknoid bez bulunur. Kanalları, örümceğin karnındaki altı araknoid siğilin uçlarında bulunan küçük dönen tüplere açılır. Örneğin çapraz örümceğin bu tür yaklaşık 500-550 tüpü vardır. Araknoid bezler proteinden oluşan sıvı, viskoz bir salgı üretir. Bu sır havada anında sertleşme özelliğine sahiptir. Bu nedenle araknoid bezlerin protein salgısı, dönen tüpler yoluyla salgılandığında ince iplikler halinde sertleşir.

12
1. Çapraz örümcek (açık karın boşluğu ile)
2. Örümcek araknoid siğiller

Örümcek ağını şu şekilde döndürmeye başlar: ağ siğillerini alt tabakaya bastırır; aynı zamanda salınan salgının küçük bir kısmı katılaşarak ona yapışır. Örümcek daha sonra arka ayaklarını kullanarak ağ tüplerinden viskoz salgıyı çekmeye devam eder. Bağlanma yerinden uzaklaştığında salgının geri kalanı hızla sertleşen ipliklere doğru uzanır.

Örümcekler ağlarını çeşitli amaçlarla kullanırlar. Örümcek, ağ barınağında uygun bir mikro iklim bulur ve burada düşmanlardan ve kötü hava koşullarından da sığınır. Bazı örümcekler yuvalarının duvarlarının etrafına ağ örerler. Örümcek, avını yakalamak için ağından yapışkan tuzak ağları örer. İçinde yumurtaların ve genç örümceklerin geliştiği yumurta kozaları da örümcek ağlarından yapılır. Ağ aynı zamanda örümcekler tarafından seyahat için de kullanılır; küçük Tarzanlar bunu, kendilerini zıplarken düşmekten koruyan güvenlik iplikleri örmek için kullanır. Örümcek, kullanım amacına bağlı olarak belirli bir kalınlıkta yapışkan veya kuru iplik salgılayabilir.

Kimyasal bileşim ve fiziksel özellikler açısından örümcek ağları ipekböceklerinin ve tırtılların ipeğine yakındır, ancak çok daha güçlü ve daha elastiktir: tırtıl ipeğinin kopma yükü 1 mm2 başına 33-43 kg ise, o zaman örümcek ağları için mm2 başına 40 ila 261 kg arasındadır (tipine bağlı olarak)!

Örümcek akarları ve sahte akrepler gibi diğer eklembacaklılar da ağ üretebilir. Ancak ağ dokumada gerçek ustalığa ulaşanlar örümceklerdi. Sonuçta sadece ağ yapabilmek değil, aynı zamanda onu büyük miktarlarda üretmek de önemlidir. Ayrıca “tezgah” kullanımının daha uygun olduğu bir yere yerleştirilmelidir. Sahte akreplerde ve örümcek akarlarında, ağın hammadde tabanı kafada bulunur ve dokuma aparatı ağız uzantılarında bulunur. Varoluş mücadelesi koşullarında, kafaları örümcek ağlarıyla değil beyinlerle ağırlaşan hayvanlar avantaj elde eder. Örümcekler böyledir. Bir örümceğin karnı gerçek bir ağ fabrikasıdır ve karnın alt tarafındaki atrofik karın bacaklarından dönen cihazlar - araknoid siğiller - oluşur. Ve örümceklerin uzuvları tam anlamıyla "altındır"; o kadar ustaca dönerler ki, herhangi bir dantel yapımcısı onları kıskanır.

Birçoğumuz örümcek gördüğümüzde korkar ve onu yok etmeye çalışırız. Peki ya köşelerde ve ağaçlarda asılı duran örümcek ağları?
Bir örümcek onu neden ve nasıl örer?

Bunu çözmeye çalışalım.
Öncelikle örümceğin karnında havada iplik şeklinde sertleşen yapışkan bir salgı üreten araknoid bezler bulunur ve hareketli siğillerin bulunduğu karın uzuvları bir iplik ve ardından ipliklerden bir lif oluşturur. Örümcek, uzuvlarındaki tarak benzeri pençeler ve kıllar yardımıyla ağ boyunca hızla kayar.

Bir örümceğin neden bir ağa ihtiyacı vardır?

Yakalamak için bir ağ gibiler çünkü onlar gerçek yırtıcılardır. Yapışkan sıvı nedeniyle böceklerden kuşlara kadar pek çok canlı tuzağına düşer.

Bir kurban tuzağa düştüğünde, kurban ağı sallar ve titreşimler örümceğe bir sinyal iletir. Kupaya yaklaşır, sindirim enzimi serper, onu bir ağ ile kozaya sarar ve tadını çıkarmak için bekler.

Üreme için
Erkek örümcekler dişinin ağının yanına dantel örer, ardından düzenli olarak uzuvlarıyla vurarak dişiyi çiftleşmeye çeker. Ve dişi, çiftleşecek bireyin bulunmasına yardımcı olan bir iplik salgılar. O da ağını ana ipliklere bağlar ve seçtiği kişiye burada olduğuna dair sinyal verir ve o, saldırganlık olmadan, çiftleşmek için ekli ağ boyunca iner.

Hareket için
Açık denizlerde bir gemide örümceklerin görüldüğü durumlar olmuştur.

Bazı örnekler ağı ulaşım olarak kullanır. Yüksek nesnelere tırmanıyorlar ve havada anında donan yapışkan bir iplik salıyorlar; ve örümcek bir örümcek ağı üzerinde karşıdan esen rüzgarla yeni bir ikamet yerine uçar.
Çok büyük olmayan yetişkin örümcekler havada 2-3 kilometre kadar yükselip bu şekilde yolculuk yapabilirler.

Sigorta gibi
Atlayıcılar için ağ ipliği yırtıcı hayvanlara karşı bir sigorta görevi görür ve böylece onu ava saldırmak için kullanabilirler.
Güney Rus tarantulasının her zaman yuvasının girişini bulmak için uzanan zar zor fark edilen bir ağ ipliği vardır. Eğer aniden ip koparsa ve evini kaybederse yeni bir ev aramaya başlar.
At geceleri de uyuyarak düşmanlardan kaçabilir.

Gelecek nesiller için bir sığınak olarak
Dişi, yumurta bırakmak için örümcek ağı lifinden bir koza örer ve bu, gelecekteki yavrular için güvenlik sağlar.
Kozanın plakaları (ana ve kaplama) donmuş bir maddeye batırılmış ipek ipliklerden dokunmuştur, bu nedenle parşömene benzer şekilde çok dayanıklıdırlar.
Gevşek ve pamuk topuna benzeyen kozalar var.

Astar için
Tarantula, duvarların parçalanmaması için yuvalarının duvarlarını bir ağ ile kaplar ve giriş deliğinin üzerine orijinal bir hareketli örtü oluşturur.
avı yakalamak