Мотузка з павутиння. Яке значення у житті павуків має павутиння? Склад павутиння павука

Практична користь від павутиння.

кожен ий з нас чудово уявляє собі павутину: неодноразово стикався з павутинням у лісі, а то й у власному будинку. З кутів павутину скидають віником, а в лісі, випадково потрапивши в неї обличчям, невдоволено струшують.

Тим часом павутина - це дуже цікавий і корисний у практичному застосуванні натуральний матеріал, величезне значення якого незаслужено сьогодні затьмарили численні синтетичні полімери.

Найтонші нитки найдавнішої павутини були виявлені в шматку бурштину працівниками Оксфордського університету в Східному Сассексі. Вік унікальної знахідки оцінюється приблизно 140 млн. років. До цього моменту найдавнішою вважалося павутиння в шматку бурштину, знайденому в Лівані, датованим 130 мільйонами років, а найдавніший павук - виявлений у бурштині віком близько 120 млн. років. Янтарі, що сформувалися понад 100 млн років тому, зустрічаються вкрай рідко.

За допомогою найсучасніших технологій ультрамікроскопування вченим вдалося ідентифікувати найдавнішу павутину, довжина ниток якої була трохи більше міліметра. Цікаво, що павутина аналогічна до тієї, яку плетуть сучасні павуки. Розташування ниток дозволило встановити, що вони були опорами для круглої павутини. Той же шматочок бурштину зберіг два мотки стародавньої павутини.

Завдяки цій знахідці, які досліджували її палеобіологи припустили, що павукоподібні насправді набагато давніші істоти, ніж думали до цього. Раніше вважалося, що стала вельми поширеною літаючих комах, які служили здобиччю для арахнід, було викликано появою нашій планеті квітучих рослин. Після вивчення знахідки оксфордських учених було зроблено припущення про те, що найдавніші павукоподібні полювали на комах, що повзали і стрибали, сплітаючи павутину на поверхні грунту.

Крім павутиння, той же шматок бурштину зберіг частинки горілих кори і соку хвойного дерева, що обвуглилися. Імовірно, дерево виділило смолу, що поглинула павутину і згодом перетворилася на бурштин, під час лісової пожежі.

Самі павуки використовують павутину для побудови сховищ, вистилання норок, ловчих тіней та яйцевого кокона; самці роблять із неї сперматичну сіточку з метою розмноження. У молоді деяких павуків довгі нитки павутини служать парашути при розселенні вітром. При виготовленні ловчої мережі павук спочатку натягує раму і радіальні нитки, потім прокладає тимчасову опорну спіральну нитку і лише після цього тче клейку спіральну ловчу мережу, після закінчення якої обкушує опорну нитку.

Павутина павуків є білок, збагачений гліцином, аланіном і серином. Усередині павутинної залози вона існує у рідкій формі. При виділенні через численні прядильні трубочки, що відкриваються на поверхні павутинних бородавок, відбувається зміна структури білка, внаслідок чого він твердне у формі тонкої нитки. Надалі павук переплітає ці первинні нитки більш товсте павутинне волокно.

Каркасна нитка павутини складається з двох білків: міцнішого спідроїну-1 і більш еластичного спіддроїну-2. Саме поєднання їх властивостей визначає унікальні властивості павутиння.

Павутина може мати діаметр до кількох міліметрів і складається з найтонших ниток. Павутина надзвичайно тонка та легка. Щоб опоясати екватор нашої планети, її знадобилося б лише 340 г!

Вчених найбільше цікавить каркасна нитка павутиння, надзвичайно міцна та еластична. Нитка павука за своєю міцністю близька до нейлону - міцність на розрив становить від 40 до 260 кг/мм2, що в кілька разів міцніше стали. Якби павутина мала діаметр 1 мм, вона могла б витримати вантаж масою приблизно 200 кг. Сталевий дріт того ж діаметра витримує значно менше: 30-100 кг, залежно від типу сталі. До того ж вона надзвичайно еластична.

Цікаво, що коли павутиння намокає, вона сильно скорочується (це явище отримало назву суперконтракції). Це тому, що молекули води проникають у волокно і роблять невпорядковані гідрофільні ділянки більш рухливими. Якщо павутина розтягнулася і провисла від попадання комах, то у вологий чи дощовий день вона скорочується і при цьому відновлює свою форму.

Інша незвичайна властивість павутиння — внутрішня шарнірність: підвішений на павутинному волокні предмет можна необмежено обертати в той самий бік, і при цьому вона не тільки не перекрутиться, але взагалі не буде створювати помітної сили протидії.

Як відомо, натуральні нитки людина видобувала з природних матеріалів із досить великою винахідливістю. Згодом з таких ниток з'явилися тканини - з шерсті, бавовни, льону, кропиви і навіть найтонших ниток коконів шовкопряда. Проте використання павутиння відкриває нові перспективи цьому напрямі, т.к. є відмінним матеріалом для виготовлення міцних і легких тканин.

Першу спробу виготовити таку тканину було зроблено три століття тому французьким вченим - ентомологом Боном, який представив у наукове королівське товариство свої пропозиції про заміну шовку, що привіз, павутинним. Як зразок додавались зроблені з павукового шовку панчохи та рукавички. Ідея вченого не знайшла підтримки через складність масового розведення павуків. В даний час для цієї проблеми є рішення, але поява великої кількості синтетичних ниток різко знизила популярність павукового шовку.

Виняткова за міцністю, легкістю та красою тканина з павутини досі використовується і відома в Китаї під назвою "тканини східного моря". Полінезійці вживали павутину великих тенетних павуків як нитки для шиття та плетіння рибальських снастей. На початку XVIII століття у Франції з павутини хрестовиків були виготовлені рукавички та панчохи, що викликали загальне захоплення. Відомо, що від одного павука можна отримати одразу до 500 м нитки. У 1899 році з павутиння великого мадагаскарського павука намагалися отримати тканину для покриття дирижабля та вдалося виготовити зразок розкішної тканини завдовжки 5 м.

На сьогоднішній момент нитки павутини застосовуються в основному в оптичній промисловості для нанесення перехрестя в оптичних приладах і як нитки в мікрохірургії, а також за рахунок високого вмісту в собі бактерицидних властивостей може з успіхом застосовуватися в медицині як шовний матеріал, штучні зв'язки та сухожилля, плівок для загоєння ран, опіків та ін.

Синтезувати подібні білки в лабораторії хімічним шляхом неможливо - вони надто складні. Проте вченим вдалося створити штучний аналог із застосуванням біотехнологічних технологій. Таку нитку було перевірено на міцність фахівці Науково-дослідного центру "Вуглехімволокно" у Митищах. Нитка завтовшки всього кілька мікрон витримує на розрив 50-100 мг вантажу. Вона виявилася лише в чотири рази менш міцною, ніж у павука, а це дуже гарний результат. У той же час величина значення енергії розриву (пружність) у цієї нитки вже вища, ніж у кістки чи сухожилля.

З павутиння можна робити не лише нитки, а й плівки. Саме в такому вигляді планується використання «штучної павутини» для виготовлення покриттів, що гояться, для ран і опіків, які не відторгатимуться організмом і стимулюватимуть регенерацію власного епітелію.

Робилися спроби й отримувати павутиння природним шляхом, аналогічно шовку. Були навіть винайдені різні прилади для «доїння» павука і акуратного намотування ніжних ниток на котушку, що повільно обертається.

Перешкод виявилося кілька. По-перше, неуживливість павучої натури: при спільному змісті ці тварини ворогують і поїдають один одного. По-друге, кожен павук робить дуже мало павутини: підраховано, що для виробництва 500 г волокна потрібно 27 тис. павуків середнього розміру. Зрозуміло, що продуктивність членистоногих навряд чи зможе задовольнити промислові запити. Вихід один: навчитися отримувати її штучно.

Жителі островів Тихого океану «примушують» павуків плести рибальські сіті, які надзвичайно міцні та майже непомітні у воді. А на розташованому неподалік східного берега Африки острові Мадагаскар багато сільських жителів досі використовують павутинки замість ниток.

Технологія, розроблена близько ста років тому французьким проповідником, дозволила зібрати з мільйона мадагаскарських павуків золотисте павутиння.

Мистецтвознавець Саймон Пірс (Simon Peers) та його американський партнер з бізнесу Ніколас Гудлі (Nicholas Godley) найняли для роботи кілька десятків робітників, які створили унікальне полотно розміром 3,4 на 1,2 метра.

Постачальниками "ниток" став мільйон павуків-кругопрядів (golden orb spider), що належать до роду Nephila. На виготовлення шматка, мабуть, найнезвичайнішої тканини вчений та підприємець витратили майже п'ять років життя та близько $500 тисяч.

Гудлі вперше приїхав на Мадагаскар у 1994 році, де створив невелику компанію з виробництва товарів із волокон пальми роду Raphia. 1999-го Ніколас випустив свою першу колекцію модних сумок (мабуть, з того ж матеріалу), а 2005-го закрив фабрику і повністю переключився на виробництво "павучої тканини" разом з Пірсом.

На створення незвичайного полотна Гудлі надихнули розповіді про те, як у ХІХ столітті щось подібне спробував зробити французький керуючий однією з мадагаскарських провінцій. Однак Ніколасу не було достеменно відомо, чи є ці розповіді правдою чи вигадкою.

Взагалі павучий шовк не користується особливою популярністю у жителів Мадагаскару (воно і зрозуміло, адже "стандартного" тутового шовкопряда вирощувати набагато легше). Однак у XIX столітті піддані королівства Меріна (Merina Kingdom) все ж таки наважувалися працювати з ним. Вироби з павутиння подавали членам королівських сімей. З'явилася особлива традиція сплетення ниток.

Робота Пірса та Гудлі почалася з того, що вони найняли 70 робітників збирати поблизу столиці Мадагаскару Антананаріву (Antananarivo) павучих виду Nephila madagascariensis.

Тільки жіночі особини створюють унікальну у своєму роді міцну павутину із золотистим відтінком. Збір проходив під час сезону дощів, тому що членистоногі плодять свої сітки тільки в цю пору року (що накладає додаткові обмеження на процес виробництва полотна).

Щоб створити якусь подобу прядильної фабрики, павуків помістили до спеціальних камер, де їх тримали у нерухомому стані. Треба сказати, що Nephila madagascariensis не отруйні, але кусачі. Крім того, вони можуть втекти чи поїсти один одного. "Спочатку ми мали 20 жіночих особин, але невдовзі все закінчувалося трьома, щоправда, дуже товстими", - розповідає Пірс.

Так що врешті-решт неспокійних тварин ізолювали один від одного, одночасно наростивши кількість особин, що одночасно мешкають на фабриці.

Десять робітників збирали павутину, що звисала з прядильних органів павучих. З однієї особини в такий спосіб можна було отримати близько 25 метрів дорогоцінного матеріалу.

Пірс зазначає, що чотирнадцять тисяч павуків дають приблизно 28 грамів павукового шовку, а загальна вага кінцевого шматка тканини становила аж 1180 грамів!

Далі для створення первинної нитки ткачі вручну скручували 24 відрізка павутини в один, чотири первинні потім перетворювали в одну основну нитку (всього 96 відрізків), і тільки з неї ткали полотно. Можна уявити, наскільки ретельною має бути робота.

Матеріал з павутини стане в нагоді на полі бою, у хірургії і навіть у космосі, впевнені багато фахівців. В отриманні виробів з білків павутиння зацікавлені в Інституті біоорганічної хімії РАН, а також в Інституті трансплантології та штучних органів.

У народній медицині є такий рецепт: на рану або садна, щоб зупинити кров, можна прикласти павутину, акуратно очистивши її від комах і дрібних гілочок, що застрягли в ній. Виявляється, павутина має кровоспинну дію і прискорює загоєння пошкодженої шкіри. Хірурги та трансплантологи могли б використовувати її як матеріал для накладання швів, зміцнення імплантантів і навіть як заготівлі для штучних органів. За допомогою павутиння можна суттєво покращити механічні властивості безлічі матеріалів, які нині застосовують у медицині.

Представників загону павукоподібних можна зустріти всюди. Це хижаки, які полюють на комах. Свою здобич вони ловлять за допомогою павутиння. Це гнучке та міцне волокно, до якого приклеюються мухи, бджоли, комарі. Як павук плете павутину, цим питанням часто задаються побачивши дивовижної ловчої мережі.

Що таке павутиння?

Павуки одні з найдавніших мешканців планети, через невеликий розмір і специфічний зовнішній вигляд їх помилково вважають комахами. Насправді це представники загону членистоногих. Тіло павука має вісім ніг та два відділи:

головогруди;
черевце.

На відміну від комах вони не мають вусиків і шиї, що відокремлює голову від грудей. Брюшко арахніда своєрідна фабрика з виробництва павутиння. У ньому розташовані залози, що виробляють секрет, що складається з білка, збагаченого аланіном, що надає міцність, і гліцином, що відповідає за еластичність. За хімічною формулою павутиння близька до шовку комах. Усередині залоз секрет знаходиться в рідкому стані, а на повітрі твердіє.

Інформація. Шовк гусениць шовкового шовкопряда і павутиння мають подібний склад - на 50% це білок фіброїн. Вчені з'ясували, що нитка павука значно міцніша за секрет гусениць. Це пояснюється особливістю формування волокна

Звідки береться павутиння у павука?

На черевці членистоногого розташовані вирости – павутинні бородавки. У верхній частині розкриваються канали павутинних залоз, формують нитки. Налічується 6 типів залоз, що виробляють шовк для різних цілей (переміщення, опускання, обплутування видобутку, зберігання яєць). В одного виду всі ці органи одночасно не зустрічаються, зазвичай у особини 1-4 пари залоз.

На поверхні бородавок налічується до 500 прядильних трубочок, що подають білковий секрет. Павук пряде павутину так:

павутинні бородавки притискаються до основи (дерево, трава, стіна тощо);
невелика кількість білка прилипає до вибраного місця;
павук відходить, витягаючи нитку задніми лапками;
для основної роботи використовуються довгі та гнучкі передні лапки, з їх допомогою створюється каркас із сухих ниток;
завершальний етап виготовлення мережі – формування липких спіралей.

Завдяки спостереженням вчених стало відомо, звідки у павука виходить павутиння. Її випускають рухливі парні бородавки на черевці.

Цікавий факт. Павутина дуже легка, вага нитки, що обмотала Землю по екватору, становила б лише 450 г.

Павук витягає нитку з черевця

Як будується ловча мережа

Вітер – найкращий помічник павука у будівництві. Діставши тонку нитку з бородавок, арахнід підставляє її під потік повітря, який відносить застиглий шовк на значну відстань. Це секретний спосіб, як павук плете павутину між деревами. Павутинка легко чіпляється до гілок дерев, використовуючи її як канат, арахнід пересувається з місця на місце.

У структурі павутиння простежується певна схема. Її основу складає каркас із міцних та товстих ниток, розташованих у вигляді променів, що розходяться з однієї точки. Починаючи із зовнішньої частини, павук створює кола, поступово рухаючись до центру. Дивно, що без жодних пристроїв він витримує однакову відстань між кожним колом. Ця частина волокон липка, саме в ній застрягатимуть комахи.

Цікавий факт. Павук поїдає власну павутину. Вчені пропонують два пояснення цьому факту - таким чином поповнюється втрата білка при ремонті мережі лову або павук просто п'є воду, що повисла на шовкових нитках.

Складність малюнка павутини залежить від виду павукоподібного. Нижчі членистоногі будують прості мережі, а вищі складні геометричні схеми. Підраховано, що будує пастку з 39 радіусів та 39 спіралей. Крім гладких радіальних ниток, допоміжної та спритної спіралі існують сигнальні нитки. Ці елементи вловлюють і передають хижакові вібрацію видобутку, що попався. Якщо трапляється сторонній предмет (гілка, листок), маленький господар відокремлює і викидає, потім відновлює мережу.

Великі деревні павукоподібні натягують пастки діаметром до 1 м. У них потрапляють не тільки комахи, а й дрібні птахи.

Скільки часу павук плете павутину?

На створення ажурної пастки для комах хижак витрачає півгодини до 2-3 годин. Час його роботи залежить від погодних умов та запланованих розмірів мережі. Деякі види плетуть шовкові нитки щодня, роблячи це вранці чи ввечері, залежно від способу життя. Один із факторів, за скільки павук плете павутину, її вигляд – плоска чи об'ємна. Плоска – це звичний для всіх варіант радіальних ниток і спіралей, а об'ємна – пастка з грудки волокон.

Призначення павутиння

Тонкі мережі є не лише пастками для комах. Роль павутиння у житті павукоподібних набагато ширша.

Лов видобутку

Всі павуки хижаки, що вбивають свою жертву отрутою. При цьому деякі особини мають тендітну статуру і самі можуть стати жертвою комах, наприклад, ос. Для полювання їм потрібний притулок та пастка. Липкі волокна виконують цю функцію. Видобуток, що потрапив у мережу, вони обплутують коконом з ниток і залишають, поки впорснутий фермент не приведе її в рідкий стан.

Шовкові волокна павукоподібних тонші за людське волосся, але їх питома міцність на розрив можна порівняти зі сталевим дротом.

Розмноження

У період парування самці прикріплюють до павутиння самки власні нитки. Завдаючи ритмічних ударів по шовкових волокнах, вони повідомляють потенційній партнерці про свої наміри. Самка, що приймає залицяння, спускається на територію самця для спарювання. У деяких видах ініціатор пошуку партнера є самка. Вона виділяє нитку із феромонами, завдяки яким її знаходить павук.

Будинок для потомства

З шовкового павутинного секрету плетуться кокони для яєць. Їхня кількість залежно від виду членистоногих становить 2-1000 штук. Павутинні мішечки з яйцями самки підвішують у безпечному місці. Оболонка кокона досить міцна, вона складається з декількох шарів і просочується рідким секретом.

У своїй нірці павукоподібні обплітають стінки павутинням. Це допомагає створити сприятливий мікроклімат, служить захистом від негоди та природних ворогів.

Переміщення

Одна з відповідей, навіщо павук плете павутину – він використовує нитки як транспортний засіб. Щоб переміщатися між деревами та кущами, швидко розумітися та опускатися йому необхідно міцні волокна. Для польотів на далекі відстані павуки забираються на піднесення, випускають павутину, що швидко застигає, а потім з поривом вітру відносяться на кілька кілометрів. Найчастіше подорожі відбуваються у теплі ясні дні бабиного літа.

Чому павук не прилипає до свого павутиння?

Щоб не потрапити у свою пастку, павук робить кілька сухих ниток для пересування. Прекрасно орієнтуюся в хитросплетіннях мереж, він безпечно підбирається до здобичі. Зазвичай у центрі ловчої мережі залишається безпечна ділянка, де хижак чекає на видобуток.

Інтерес вчених до взаємодії павукоподібних з їх мисливськими пастками виник понад 100 років тому. Спочатку було висунуто припущення про наявність на їх лапках спеціального мастила, що запобігає прилипанню. Підтверджень теорії так і не знайшли. Зйомка спеціальною камерою руху ніг павука по волокнах із застиглого секрету дав пояснення дотику.

Павук не прилипає до свого павутиння за трьома факторами:

безліч пружних волосків на його лапках зменшує площу зіткнення з липкою спіраллю;
кінчики павучих ніг покриті маслянистою рідиною;
переміщення відбувається особливим чином.

Який секрет будови лапок допомагає арахнідам уникнути прилипання? На кожній нозі павука є два опорні пазурі, якими він чіпляється за поверхню, і один гнучкий кіготь. Під час руху він притискає нитки до гнучких волосків на лапці. Коли павук піднімає лапку, кіготь розпрямляється, а волоски відштовхують павутину.

Інше пояснення – відсутність безпосереднього контакту ноги павукоподібного та липких крапель. Вони потрапляють на волоски лапки, а потім легко стікають назад на нитку. Які б теорії не розглядали зоологи, незмінним залишається той факт, що павуки не стають в'язнями своїх липких пасток.

Плести павутину можуть й інші павукоподібні – кліщі та хибноскорпіони. Але їхні мережі не зрівняються за міцністю та майстерним переплетенням з творами справжніх майстрів – павуків. Сучасна наука поки що не в змозі відтворити павутину синтетичним методом. Технологія виготовлення павутинного шовку залишається однією із загадок природи.

Кожен може легко змахнути павутиння, що висить між гілками дерева або під стелею в дальньому кутку кімнати. Але мало хто знає, що якби павутина мала діаметр 1 мм, то вона могла б витримати вантаж масою приблизно 200 кг. Сталевий дріт того ж діаметру витримує значно менше: 30–100 кг, залежно від типу сталі. Чому ж павутина має такі виняткові властивості?

Деякі павуки прядуть до семи типів ниток, кожна з яких має власне призначення. Нитки можуть використовуватися не тільки для лову видобутку, але й для будівництва коконів та парашутування (злітаючи на вітрі, павуки можуть уникати раптової загрози, а молоді павуки в такий спосіб розселяються на нові території). Кожен із типів павутини виробляється спеціальними залозами.

Павутина, що використовується для лову видобутку, складається з декількох типів ниток (рис. 1): каркасної, радіальної, ловчої та допоміжної. Найбільший інтерес вчених викликає каркасна нитка: вона має одночасно високу міцність та високу еластичність – саме це поєднання властивостей є унікальним. Гранична напруга на розрив каркасної нитки павука Araneus diadematusстановить 1,1-2,7. Для порівняння: межа міцності стали 0,4-1,5 гПа, людського волосся - 0,25 гПа. У той же час, каркасна нитка здатна розтягуватися на 30–35%, а більшість металів витримують деформацію не більше 10–20%.

Уявимо собі комаху, що летить, яка вдаряється в натягнуте павутиння. При цьому нитка павутини повинна розтягнутися так, щоб кінетична енергія комахи, що летить, перетворилася на тепло. Якби павутина запасала отриману енергію у вигляді енергії пружної деформації, то комаха відскочила б від павутиння, як від батута. Важлива властивість павутини полягає в тому, що вона виділяє дуже велику кількість теплоти при швидкому розтягуванні та подальшому скороченні: енергія, що виділяється в одиниці об'єму, становить понад 150 МДж/м3 (сталь виділяє – 6 МДж/м3). Це дозволяє павутинні ефективно розсіювати енергію удару і не дуже розтягуватися, коли в неї потрапляє жертва. Павутина або полімери, що мають аналогічні властивості, могли б стати ідеальними матеріалами для легких бронежилетів.

Отже, павутиння – незвичайний та дуже перспективний матеріал. Які молекулярні механізми відповідають за її виняткові властивості?

Ми звикли до того, що молекули – надзвичайно маленькі об'єкти. Однак це не завжди так: довкола нас широко поширені полімери, які мають довгі молекули, що складаються з однакових або схожих один на одного ланок. Усі знають, що генетична інформація живого організму записана у довгих молекулах ДНК. Усі тримали в руках поліетиленові пакети, що складаються з довгих переплетених молекул поліетилену. Молекули полімерів можуть досягати великих розмірів.

Наприклад, маса однієї молекули ДНК людини близько 1,9 10 12 а.е.м. (проте це приблизно сто мільярдів разів більше, ніж маса молекули води), довжина кожної молекули становить кілька сантиметрів, а загальна довжина всіх молекул ДНК людини сягає 10 11 км.

Найважливішим класом природних полімерів є білки, вони складаються з ланок, які називаються амінокислотами. Різні білки виконують у живих організмах надзвичайно різні функції: керують хімічними реакціями, використовуються як будівельний матеріал, для захисту тощо.

Каркасна нитка павутини складається з двох білків, які отримали назви спідронів 1 і 2 (від англійської spider- павук). Спідроїни - це довгі молекули з масою від 120000 до 720000 а. У різних павуків амінокислотні послідовності спідроїнів можуть відрізнятися один від одного, але всі спідрони мають спільні риси. Якщо подумки витягнути довгу молекулу спіддроїну в пряму лінію і подивитися на послідовність амінокислот, то виявиться, що вона складається з ділянок, що повторюються, схожих один на одного (рис. 2). У молекулі чергуються два типи ділянок: відносно гідрофільні (ті, яким вигідно енергетично контактувати з молекулами води) і відносно гідрофобні (ті, які уникають контакту з водою). На кінцях кожної молекули присутні дві гідрофільні ділянки, що не повторюються, а гідрофобні ділянки складаються з безлічі повторів амінокислоти, званої аланіном.

Довга молекула (наприклад, білок, ДНК, синтетичний полімер) може бути представлена як заплутана мотузка. Розтягнути її не важко, тому що петлі всередині молекули можуть розправлятися, вимагаючи порівняно невеликого зусилля. Деякі полімери (наприклад гума) можуть розтягуватися на 500% своєї початкової довжини. Отже, здатність павутиння (матеріалу, що складається з довгих молекул) деформуватися більше, ніж метали, не викликає подиву.

Звідки ж береться міцність павутиння?

Щоб зрозуміти це важливо простежити за процесом формування нитки. Усередині залози павука спідрони накопичуються у вигляді концентрованого розчину. Коли відбувається формування нитки, цей розчин виходить із залози вузьким каналом, це сприяє витягу молекул і орієнтації їх вздовж напрямку витяжки, а відповідні хімічні зміни викликають злипання молекул. Фрагменти молекул, що складаються з аланінів, з'єднуються разом і утворюють упорядковану структуру, схожу на кристал (рис. 3). Усередині такої структури фрагменти укладені паралельно один одному і зчеплені між собою водневими зв'язками. Саме ці ділянки, зчеплені між собою, забезпечують міцність волокна. Типовий розмір таких щільно упакованих ділянок молекул складає кілька нанометрів. Розташовані навколо них гідрофільні ділянки виявляються невпорядковано згорнутими, схожими на зім'яті мотузки, можуть розправлятися і цим забезпечувати розтягнення павутини.

Багато композиційних матеріалів, наприклад армовані пластмаси, влаштовані за тим же принципом, що і каркасна нитка: у відносно м'якому та рухомому матриксі, який дає можливість деформації, знаходяться малі за розмірами тверді області, які роблять матеріал міцним. Хоча матеріалознавці давно працюють із подібними системами, створені людиною композити лише починають наближатися до павутини за своїми властивостями.

Відзначимо також цікаву особливість формування нитки. Павук витягує павутину під дією власної ваги, але отримана павутина (діаметр нитки приблизно 1-10 мкм) зазвичай дозволяє витримати масу, в шість разів більшу за масу самого павука. Якщо ж збільшити вагу павука, обертаючи його в центрифузі, він починає виділяти товстішу і міцнішу, але менш жорстку павутину.

Коли йдеться про застосування павутиння, виникає питання про те, як її отримувати в промислових кількостях. У світі є установки для «доїння» павуків, які витягують нитки і намотують їх на спеціальні котушки. Однак такий спосіб неефективний: щоб нагромадити 500 г павутиння, необхідно 27 тисяч середніх павуків. І тут на допомогу дослідникам приходить біоінженерія. Сучасні технології дозволяють впровадити гени, що кодують білки павутини, у різні живі організми, наприклад, у бактерії або дріжджі. Ці генетично модифіковані організми стають джерелами штучного павутиння. Білки, одержані методами генної інженерії, називаються рекомбінантними. Зазначимо, що зазвичай рекомбінантні спідрони набагато менше природних, але структура молекули (чергування гідрофільних і гідрофобних ділянок) залишається незмінною.

Є впевненість, що штучне павутиння за своїми властивостями не поступатиметься природним і знайде своє практичне застосування як міцний і екологічно чистий матеріал. У Росії її дослідженнями властивостей павутиння спільно займаються кілька наукових груп із різних інститутів. Отримання рекомбінантної павутини здійснюють у Державному науково-дослідному інституті генетики та селекції промислових мікроорганізмів, фізичні та хімічні властивості білків досліджують на кафедрі біоінженерії біологічного факультету МДУ ім. М. В. Ломоносова, вироби з білків павутини формують в Інституті біоорганічної хімії РАН, їх медичними застосуваннями займаються в Інституті трансплантології та штучних органів.

У черевній порожнині павуків є численні павутинні залози. Їхні протоки відкриваються дрібними прядильними трубочками, які знаходяться на кінцях шести павутинних бородавок на черевці павука. У павука-хрестовика, наприклад, таких трубочок близько 500-550. Павутинні залози виробляють в'язкий рідкий секрет, що складається з білка. Цей секрет має здатність миттєво тверднути на повітрі. Тому, коли білковий секрет павутинних залоз виділяється через прядильні трубочки, він застигає у формі тонких ниток.

12
1. Павук-хрестовик (з розкритою черевною порожниною)
2. Павутинні бородавки павука

Павук починає прясти свою павутину так: він притискає павутинні бородавки до субстрату; при цьому невелика порція секрету, що виділився, застигаючи, приклеюється до нього. Потім павук продовжує витягати в'язкий секрет павутинних трубочок за допомогою задніх ніг. Коли він віддаляється від місця прикріплення, решта секрету просто розтягується в нитки, що швидко твердіють.

Павуки використовують павутину для різних потреб. У павутинному притулку павук знаходить сприятливий мікроклімат, там він укривається від ворогів і негоди. Деякі павуки обплітають павутиною стінки норки. З павутиння павук плете липкі ловчі мережі для затримання видобутку. Яйцеві кокони, в яких розвиваються яйця та молоді павуки, теж робляться з павутиння. Павутина використовується павуками також для подорожей – з неї маленькі тарзани плетуть страхові нитки, які захищають від падіння під час стрибків. Залежно від мети використання павук може виділяти липку чи суху нитку певної товщини.

За хімічним складом і фізичними властивостями павутина близька до шовку тутових шовкопрядів і гусениць, тільки вона набагато міцніша і еластичніша: якщо навантаження розриву для гусеничного шовку становить 33-43 кг на 1 мм 2 , то для павутини - від 40 до 261 кг на мм 2 (залежно від виду)!

Павутину можуть виділяти й інші павукоподібні, наприклад, павутинні кліщі та хибноскорпіони. Однак справжньої майстерності у плетінні павутини досягли саме павуки. Адже важливо не тільки вміти робити павутину, а й виробляти її у великій кількості. Крім того, «ткацький верстат» має бути розташований у тому місці, де ним зручніше користуватися. У хибноскорпіонів та павутинних кліщів сировинна база павутиння розташовується... в голові, а ткацький апарат - на ротових придатках. В умовах боротьби за існування перевагу отримують тварини, у яких голова обтяжена мозками, а не павутинням. Такими є павуки. Черевце павука - справжнісінька павутинна фабрика, а прядильні пристрої - павутинні бородавки - утворені з атрофованих черевних ніг на нижній стороні черевця. Та й кінцівки павуків просто "золоті" - вони прядуть так спритно, що їм може позаздрити будь-яка мереживниця.

Побачивши павука, багато хто з нас лякається, намагається знищити його. А павутиння, що висить у кутках, на деревах?
Навіщо і як її плете павук?

Спробуємо розібратися в цьому.
По-перше, в черевці павука є павутинні залози, що виробляють клейкий секрет, який застигає у вигляді ниток у повітрі, а черевні кінцівки з рухомими бородавками формують нитку, а потім з ниток – волокно. За допомогою гребінчастих кігтиків і щетинок на кінцівках павук швидко ковзає павутинням.

Навіщо потрібна павутина павуку:

Як мережа для лову, бо вони справжні хижаки. У їх тінь через в'язку рідину потрапляє багато живності від комах до пташок.

При попаданні жертви в пастку постраждала розгойдує павутину, і коливання передають сигнал павуку. Він підбирається до трофею, збризкує травний фермент, змотує павутиною в кокон і чекає, коли можна буде насолодитися.

Для розмноження
Павуки-самці поряд з павутинням самочки в'яжуть мережива, потім стукають розмірено кінцівками, щоб зманити самок для спарювання. А самка виділяє нитку, яка допомагає знайти особину для парування. Він у свою чергу до основних ниточок зміцнює своє павутиння і сигналить обраниці, що він тут, та без агресії сходить по кріпленому павутинні спаровуватися.

Для пересування
Були випадки, коли бачили павуків на кораблі, що у відкритому морі.

Окремі екземпляри користуються павутиною як транспорт. Вони піднімаються на високі предмети і випускають липку нитку, що миттєво застигає на повітрі; і летить павучок на павутинці із зустрічним вітром на нове місце проживання.
Невеликі за розміром дорослі павуки можуть піднятися до 2-3 кілометрів нагору і так подорожувати.

Як страховка
Для скакунчиків павутинна нитка служить страховкою від хижаків і щоб самому з неї напасти на жертву.
У південноруського тарантула завжди тягнеться ледь помітна павутинна ниточка, щоб знайти вхід у свою нірку. Якщо раптом нитка обірветься, і він втратив свій будиночок, починає шукати новий.
А ще скакунчик може спати вночі, таким чином рятуючись від ворогів.

Як притулок для потомства
Для відкладання яєць самочка тче з павутинного волокна кокон, що забезпечує надійність майбутньому потомству.
Пластини (основна та криюча) кокона сплетені з шовкових ниток, просочених застиглою речовиною, тому вони дуже міцні, схожі на пергамент.
Є кокони, які відрізняються пухкістю, і схожі на ватяну грудку.

Для вистилання
Тарантул застеляє стіни своїх норок тінетою, щоб стіни не обсипалися, а на вхідний отвір споруджує оригінальну мобільну кришку.
зловити видобуток