В лаборатории ученым удалось не просто заставить бактерии производить паутину, но и сделать эту паутину прочнее. Российские учёные создали из натуральной паутины и наночастиц гибридный материал с флуоресцентными свойствами, который можно использовать при производстве нитей для хирургических швов.
Новости отрасли
Это вещество помогает паутине противостоять действию грибков и бактерий. В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины. Один из самых крепких материалов в природе – паутина, и ученые уже давно с переменным успехом пытаются воспроизвести ее свойства в лабораторных условиях. «Искусственная паутина», которую вырабатывают модифицированные с помощью генной инженерии дрожжевые грибы, обладает высокими заживляющими свойствами.
Структура, состав и виды паутины
Да и с прочностью были значительные проблемы. Сейчас специалистам США удалось определение уникального генетического кода, для того, чтобы разрабатывать синтетическую шёлковую паутину. Для этих целей они, вновь таки, прибегли к особым модифицированным бактериям. Эта попытка создать искусственную паутину и привела к отличным результатам. Учёные модифицировали бактерии кишечной палочки.
Рисунок паутины может быть различным не только у разных видов, но и у одного паука в присутствии тех или иных химических веществ, например взрывчатых или наркотических. Пауков даже собирались запустить в космос для исследования влияния микрогравитации на рисунок паутины. Однако больше всего загадок таило вещество, из которого состоит паутина. Паутина, как наши волосы, шерсть животных, нити шелковичных червей, состоит в основном из белков. Но полипептидные цепи в каждой паутинной нити переплетены столь необычным образом, что обрели почти рекордную прочность.
Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747». Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины. Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет. При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка.
Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные — из материала, подобного паутине?
Квинта Мастер 1175 15 лет назад Несколько интересных фактов о паутине. Сравнение паутинных нитей по прочности с шелковыми нитями — не в пользу последних. Например, нить ловчей сети обыкновенного крестовика почти в 2! Даже самая толстая паутина у пауков из семейства аргиопид имеет среднюю толщину нити меньше, чем другие типы шелка. Она не превышает 10 микрон, тогда как у гусеничного шелка колеблется в пределах 13—26, а у вискозного — не ниже 40. У большинства же пауков нить еще тоньше и составляет 2—3 микрона!
Выделение паутинных нитей полностью контролируется центральной нервной системой паука. В зависимости от обстоятельств он может выделять липкую или сухую нить определенной толщины и даже определенного цвета.
У некоторых видов эти выросты подвижны и одновременно выполняют функцию органа осязания. Это и есть та область, откуда у паука появляется паутина.
Часть поверхности бородавок усеяна мелкими волосками — паутинными трубочками. Каждая из них является выходным протоком внутренней железы и состоит из двух частей — толстой базальной, внутренней и тонкой формирующей, концевой. Участок с трубочками называется паутинным полем. Наряду с трубочками в производстве паутины участвуют хитиновые конусы, также расположенные на поверхности бородавок.
В них открываются более крупные железы. Выделение нити контролируется центральной нервной системой паука. Толщина, липкость и даже оттенок могут варьироваться. Для этого в процессе плетения задействуются различные типы желез, например: трубковидные — выпускают нити для яйцевого кокона.
У самцов данный тип желез отсутствует; ампуловидные — производят сухие толстые нити для основы сети; грушевидные — прочные тонкие волокна для крепления паутины к основе; дольковидные — двойное шелковое волокно, основа спиральных нитей ловчей сети; древовидные — выделяют клей для покрытия основы, не застывающий при контакте с воздухом. При сильном увеличении на нитях будут заметны капельки — липкий секрет древовидных желез. Именно на них во время дождя концентрируется влага. У каждой разновидности пауков свой набор желез.
Переключение с одной на другую занимает примерно минуту. Паук-крестовик плетет паутину, используя 6 желез. На его паутинных бородавках расположено от 480 до 560 трубочек и около 20 конусов. Как пауки плетут паутину Все виды пауков предпочитают плести сети или растягивать нити-ловушки по ночам.
В это время создаются оптимальные условия: нет жары, ветра, солнечного света, воздух достаточно увлажнен. Для фиксации нити к какой-либо поверхности паук прижимает к ней бородавки, а затем отползает, увлекая застывающее волокно за собой. Вытягивание нити производится при помощи задних ног, одновременно регулируется ее натяжение и положение. Как паук-крестовик плетет паутину: Паук выбирает место, выпускает нить и ждет, пока она в свободном парении зацепится за опору.
Расстояние между точками крепления может достигать 2 м и более.
Как паук плетет паутину, состав паутины паука
© Shutterstock Паутина — уникальный биоматериал, который появился в ходе эволюции более 200 миллионов лет назад. Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. Проникая сквозь структуру белка паутины, металл делает каждую нить в 10 раз прочнее. Вот точно так же делает паутину паук.
Объект исследований - паутина
Ученые уверены, что с таким материалом можно будет обнаружить патогенные микроорганизмы, провоцирующие различные заболевания. И уже провели эксперименты в лабораторных условиях - нанесли на материал три самых распространённых патогена: кишечную палочку, стафилококк и грибок Candida. После взаимодействия с ними новый материал перестал светиться в синем спектре. Новую разработку планируют пустить в производство.
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.
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.
Созданные из нее паутины бывают разных видов и разного назначения, некоторые, например, служат для пауков убежищами. Но самые сложные «колесообразные» конструкции для ловли добычи создают пауки-кругопряды. У них и паутинных желез больше, чем у других пауков, поэтому паутинная нить получается… шести разных типов. Комбинируя их, паук и строит свою ловчую сеть, находясь в постоянном движении. Вначале создается основа — тяжелые внешние нити, натянутые между ветками или стволами. Потом намечается центр конструкции, от которого протягиваются «спицы» будущего колеса.
В последнюю очередь появляются густо заполняющие пустое пространство липкие спирали. Другой вид паутины называется листовой паутиной. Это плоские воронкообразные или куполообразные поверхности волокон.
Паук живет с обратной стороны. Оно находится сверху. Это придает норе удобство, маскируя его под ветки и почву.
Пауки-«волки» строят туннель в земле и соединяют его с волокнами. Европейские водяные пауки строят колоколообразные дома прямо под водой. Паук заполняет его воздухом, принося с поверхности с волосками брюшка.
Откуда пауки берут паутину?
Учёный сделал паутину Спайдермена всего из четырёх ингредиентов. Из чего сделана паутина? Тончайшая паутинка в несколько раз прочнее полимерных нитей, а при этом еще и эластичнее. Когда паутина уже полностью готова, хищники вовсе стараются ходить только по радиальным нитям.
Ученые выяснили, что делает паутину такой крепкой
Паутину для пряжи собирают из тенет нефил или разматывают их яйцевые коконы. Как паук плетет паутину, этим вопросом часто задаются при виде удивительной ловчей сети. Исследователи исходили из предположения, что паутина, вырабатываемая железами пауков на основе белков и воды, неизбежно будет получать нанотрубки и графен от организма хозяина. Волокно, которое пауки используют для своей паутины, производится специальными брюшными железами. Видео: Из чего сделана паутина? Видео: Что будет, если угодить в самую большую паутину в мире 2024, Марш.