Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Мало того, поверхность паутины клейкая (для того чтобы ловить зазевавшуюся добычу), обладает антибактериальными и гипоаллергенными свойствами, а также легко разлагается.
Сверхэластичный и прочный материал: ученые создали аналог паутины, на 98% состоящий из воды
Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Паутина, вязкое выделение паутинных желёз некоторых паукообразных, застывающее на воздухе в виде нитей. Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины. Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее.
Откуда пауки берут паутину?
Команда российских исследователей создала уникальный материал, способный заживлять раны человека и ускорять его выздоровление. Он сделан на основе «искусственной паутины». Это совместная разработка НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова. Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Возможно, именно высокое содержание глициновых остатков во внешних доменах спидроинов (остальные аминокислотные остатки находятся внутри структуры белков паутины) и делает паучий шелк биосовместимым.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
В таком сочетании материал превосходит большинство искусственных волокон, а также естественных, включая нити паука-кругопряда. Более того, ученые убеждены, что запас для увеличения прочности материала еще большой: они работали всего с тремя амилоидными цепочками, а среди тысяч других могут скрываться еще более интересные комбинации. Тайну формирования сверхпрочных нитей из белка раскрыли в 2018 году исследователи из США, наблюдавшие за одним из самых ядовитых пауков — черной вдовой. Их работа открывает дорогу к созданию таких же прочных и легких синтетических материалов. Также по теме.
Японские специалисты преодолели эту трудность. Они сформировали растворимые протеины, используя генетически модифицированные бактерии пауков Nephila clavipes. Этот подход позволил изучить структуру растворимых белков. Секрет прочности оказался в специфической конформации домена белка.
Космическая паутина С новой методологией ученым удалось произвести всего два грамма паутины на литр модифицированных бактерий. Это совсем не много, учитывая огромное количество задействованных бактерий, однако ученые отмечают, что даже эти результаты значительно лучше предыдущих попыток массового производства паутины, кроме того, они все еще работают над оптимизацией процесса. Если это исследование оправдает себя, НАСА уже заинтересованно выращиванием этих бактерий не только на Земле, но и в космосе, что позволит космонавтам получать материал для необходимого ремонта снаряжения, не завися от поставок с Земли.
А уж потом обматывают ее паутиной, чтобы притащить к себе в логовище. Для них паутина — как веревки для связывания. Многие виды пауков устилают паутиной стены и пол своего жилища — для них паутина служит в качестве мягкого ковра. Водяной паук плетет паутину под водой, чтобы она удерживала пузырьки воздуха, которые он собирает под нее, создавая себе запас для дыхания. Паутина для него одновременно и кладовочка и сеть для своеобразного воздушного шара. Самки пауков плетут из паутины коконы и откладывают в них яйца, из которых потом вылупляются паучата. Для них паутина это колыбелька. А для многих паучат паутина — это парашютик. Если приглядеться, то он может увидеть, что за кончик каждой держится крохотный паучок. Это только что вылупившиеся паучата расселяются из своего гнезда. Ведь за один раз их появляется на свет у разных видов от десятка до сотни, поэтому им тесно жить всем вместе. Вот паучата и используют паутинку как парашют, чтобы ветер отнес их в дальние края. Такие сети в основном плетут разные виды пауков-крестовиков. Паук-крестовик на паутине. Фото из Википедии Как же они плетут паутину так, что их нити протягиваются между опорами? Иногда даже на значительное расстояние. Вы замечали, что в лесу паутина, бывает, натянута поперек тропинки, крепясь за деревья на противоположных ее сторонах? Делают они это следующим образом. Паук выпускает длинную нить. При благоприятном стечении обстоятельств, воздушный поток подхватывает эту паутинку, и она зацепляется за ветки близлежащего дерева 1-2. А дальше все просто и волшебно: перебравшись на середину этой вспомогательной нити, паук сплетает еще одну свободно висящую нить, потом перебирается на ее середину и, свисая вертикально вниз, прядет еще одну паутинку, пока не достигнет какой-нибудь опоры 3. Так получается основа под каркас в виде буквы Y. Знает ли малыш эту букву английского алфавита? На какую русскую букву она похожа? Дальше начинается колдовство: паук соединяет точку пересечения паутинки еще несколькими радиусами 4. И на них он плетет вспомогательную спираль, двигаясь из центра 5. Пока все нити, которые он сплел, сделаны из нелипкой паутины. Кстати, в этом и секрет того, что сами пауки никогда не прилипают на свою сеть — они бегают только по этим нитям, лежащим в основе паутины.
Новости отрасли
И механические показатели резко увеличивались. Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины. А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа. Как оказалось, важным был и сам процесс внедрения металла в белок. Ученые полагают, что атомы металлов помогают «склеивать» отдельные белковые молекулы, из которых состоит паучья нить. В натуральной паутине эту работу выполняют слабые водородные связи между атомами на концах параллельных друг другу молекул; именно обилие таких взаимозаменяемых связей и даёт паутине её силу. В «металлизированной» паутине вместо слабых водородных устанавливаются сильные ковалентные связи, полагают немецкие учёные, что и придаёт дополнительную прочность. Осталось только научиться плести прочную паучью нить в промышленных масштабах, неважно, с помощью ли трансгенных козлов или благодаря химическому синтезу.
А это «золотой стандарт» прочности для биоматериалов.
Удельная прочность нашего материала превосходит удельную прочность металлов, сплавов, керамики и стекловолокна. Даниэль Седерберг, соавтор исследования. Команда измерила жесткость растяжения материала, что составила 86 гигапаскалей, а его предел прочности на разрыв составляет 1,57 гигапаскаля. Исследователи говорят, что эта техника может быть использована для создания прочных, легких материалов для строительства самолетов, автомобилей, велосипедов, мебели. Или искусственных органов , как сердце, например. Филипп Дончев.
И аналогов этому материалу нет в природе. Если сравнивать с искусственными полимерами, то есть кевлар, из которого делают бронежилеты. И все равно паутина превосходит его по этим свойствам. Искусственно спряденные волокна шелка паука пока тоже таких результатов не достигли», — рассказала аспирантка химико-биологического кластера университета ИТМО Анастасия Крючкова.
Шесть месяцев в отношениях: что мы уже должны знать о партнере Геномное редактирование Слишком много пауков вместе не уживаются, а вот с бактериями, которым ввели ген для производства паутины таких проблем нет. Вот вам и база для массового производства высокопрочного материала. В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее.
Началось массовое производство паутины в промышленности
Такая трехуровневая организация белков паутины с повторяющимися элементами оказывается тесно связанной с функцией разных типов нитей. То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков. Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны. Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка. Как выяснили ученые, в основе создания различных типов паутины лежит явление альтернативного сплайсинга — формирование разных видов белка на основе одного и того же гена. Можно сравнить это с изготовлением бутерброда из сыра, масла, салата, хлеба и ветчины — компоненты можно по-разному комбинировать, и из них будут получаться разные бутерброды, несмотря на одни и те же компоненты. По этому же принципу формируются различные паутинные белки: путем комбинации нескольких вариантов аминокислотных последовательностей организм паука составляет новые виды паутины из одних и тех же белков.
Дальше начинается колдовство: паук соединяет точку пересечения паутинки еще несколькими радиусами 4. И на них он плетет вспомогательную спираль, двигаясь из центра 5. Пока все нити, которые он сплел, сделаны из нелипкой паутины. Кстати, в этом и секрет того, что сами пауки никогда не прилипают на свою сеть — они бегают только по этим нитям, лежащим в основе паутины. А, дойдя до края, он начинает плести вторую спираль от края к середине уже с использованием липкой паутины 6. Как паук плетет паутину Видите, как сложно? Но это еще не самое удивительное. Удивительно то, что паутина пауков-крестовиков всегда имеет одну и ту же геометрическую структуру. Первая спираль имеет мало витков и расстояние между ними с каждым кругом увеличивается. В результате у него получается кривая линия. Чтобы малыш понял это название, достаточно сказать ему, что логарифм — это такое слово из математики. Он его будет учить в школе. А вот витки второй, липкой, спирали расположены между собой всегда на одном и том же расстоянии. Эта спираль называется архимедова, в честь великого древнегреческого ученого Архимеда. Вот какой, оказывается, паук хороший математик! Задание 2. Определяем вид спиралей. Попросите малыша среди других кривых на рисунке найти все спирали. Какие из них логорифмические, а какие архимедовы? Задание 3. Готовим руку к письму. А теперь предложите малышу самому сплести паутинку. Но ловчьи сети пауков бывают и другого вида. Например, пауки рода Argiope украшают свои сети зигзагообразными узорами, вплетенными в основные нити паутины. Эти узоры особенно хорошо видны в ультрафиолетовом свете, что привлекает насекомых, так как обычно ультрафиолетовым им видятся всякие сладкие фрукты и т. Паутина Argiope. Фото из Википедии Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут маленькую сеточку между своих ног и набрасывают ее на пробегающее под ними насекомое. Паук Dinopidae spinosa Некоторые виды пауков пристраивают к круглой паутине еще и длинную лестницу.
По их словам, на основе паутины можно разрабатывать ранозаживляющие повязки и пластыри, написал Piter. Ученые отметили, что в химическом составе паутины есть глобулярные клубочки, которые богаты аминокислотами. Главными качествами паутины являются эластичность и прочность, которым в природе нет аналогов. Реклама «Большинство других материалов либо очень прочные, при этом хрупкие, либо у них большая ударная вязкость, но при этом маленькая прочность на разрыв.
Но самое важное — это то, что пауки не являются насекомыми. Они отличаются от насекомых тем, что имеют 8 ног вместо обычных шести, 8 глаз и только две части тела. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Пауки могут плести все эти виды паутины. Колесообразная паутина используется только для ловли добычи.
Петербургские ученые придумали материал из паутины тигровых пауков
Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины Петербургские ученые научились добывать инновационные компоненты для омоложения кожи из паутины 15 марта 2023, 12:05 To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video Фото: unsplash. Сейчас это довольно модная тема, которой занимаются как в России, так и за рубежом.
Полученные от паука нити экспериментаторы поместили в вакуумную камеру. Здесь их высушили и подвергли многократным циклам осаждения на поверхность паутинок металлических соединений, перемежавшихся выдерживанием в парах воды. После нескольких сот таких циклов каждый продолжительностью 1—2 минуты на поверхности паутинки оставалась тонкая плёнка оксида — цинка, алюминия или титана соответственно. И механические показатели резко увеличивались. Можно было бы подумать, конечно, что лишнюю силу паутине дало внешнее покрытие, однако это не так: за улучшение прочности и эластичности отвечают атомы металла, проникшие в белковую структуру самой паутины. А вот зафиксировать следы титана внутри самой нити учёным удалось с помощью спектрометрии и электронного микроскопа. Как оказалось, важным был и сам процесс внедрения металла в белок. Ученые полагают, что атомы металлов помогают «склеивать» отдельные белковые молекулы, из которых состоит паучья нить.
Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек. Потом ее промыли. Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться.
То есть на первичном уровне все спидроины довольно одинаковы, и это один из их главных признаков. Однако структуры второго порядка — «кассеты» — уже намного более уникальны. Именно эти «кассеты» в большей степени обуславливали функциональную специфичность белка, чем структуры первого порядка. Как выяснили ученые, в основе создания различных типов паутины лежит явление альтернативного сплайсинга — формирование разных видов белка на основе одного и того же гена. Можно сравнить это с изготовлением бутерброда из сыра, масла, салата, хлеба и ветчины — компоненты можно по-разному комбинировать, и из них будут получаться разные бутерброды, несмотря на одни и те же компоненты. По этому же принципу формируются различные паутинные белки: путем комбинации нескольких вариантов аминокислотных последовательностей организм паука составляет новые виды паутины из одних и тех же белков. Ученые считают, что расшифровка генома паутины — первый шаг к биотехнологиям на ее основе.
Наука в вопросах и ответах
Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. «Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям. Видео: Из чего сделана паутина? Видео: Что будет, если угодить в самую большую паутину в мире 2024, Марш. "Понимание вклада этих концевых белковых групп в прочность волокон паутины позволит нам разрабатывать новые белки и делать из них новые типы волокон.
Структура, состав и виды паутины
Кроме того, это самый прочный биоматериал, полученный на сегодня. Созданные здесь бионические наноцеллюлозные волокна в восемь раз более прочные, чем натуральные шелковые паутины пауков-драглайнов. А это «золотой стандарт» прочности для биоматериалов. Удельная прочность нашего материала превосходит удельную прочность металлов, сплавов, керамики и стекловолокна. Даниэль Седерберг, соавтор исследования. Команда измерила жесткость растяжения материала, что составила 86 гигапаскалей, а его предел прочности на разрыв составляет 1,57 гигапаскаля. Исследователи говорят, что эта техника может быть использована для создания прочных, легких материалов для строительства самолетов, автомобилей, велосипедов, мебели.
Оказалось, что ее свойства зависят от повторов аминокислотных последовательностей в ее составе. Белковые нити пауков прочны на разрыв и крепче стали той же толщины, а также способны проводить электричество. При помещении в организм человека паутина не вызывает иммунного ответа и способна подавлять рост бактерий, и это свойство крайне интересует врачей и биоинженеров, поэтому для ученых важно разобраться в составе и структуре паутины. В ходе исследования биологи из университетов Пенсильвании, Вермонта и Огайо изучали пауков-кругопрядов Nephila clavipes , чей геном не уступает по размеру геному человека.
У пауков определили 28 генов, кодирующих 28 структурных белков паутины — спидроинов. Часть из этих белков уже была известна, часть ученые открыли впервые. Спидроины были классифицированы по семи категориям в зависимости от их последовательностей и функций.
Образцы паутинного шелка без наноточек слева и с ними справа. Новый материал биосовместимый и биоразлагаемый: швы безвредно разрушаются сами. Чтобы создать новый материал, ученые смешали натуральный паутинный шелк с веществом, правильным образом модифицирующим поверхность углеродных точек. Потом ее промыли.
Медиаконтент иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы может быть использован только с разрешения правообладателей.
Паутина прочнее стали: ученые с помощью генной инженерии получили уникальный материал
Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Итак, пауки производят паутину при помощи специализированных желез в своих животах и используют особые движения своего тела для создания различных типов паутины, которая служит им для построения ловушек, укрытий и перемещения. Американские учёные, работающие в Вашингтонском университете, сообщили, что им удалось создать шёлковую синтетическую паутину. Ранее (август 2017-го года) ученым Италии и Великобритании удалось модифицировать паутину, сделав её намного сильнее.
Читайте также
- Из чего сделана паутина? Как она устроена
- Из чего и как пауки плетут свои сети.
- Началось массовое производство паутины в промышленности
- Исследование показало, почему паутина не гниет