Пауки научили человека плести сверхпрочные нити

Паутину считают одним из удивительнейших и загадочных природных материалов, который вдохновил ученых на создание уникальных разработок в различных областях человеческой деятельности.  

Паутина (секрет паутинных желёз, который вскоре после выделения застывает в форме нитей) давно привлекала внимание ученых своими потрясающими свойствами: она обладает высокой прочностью и великолепной эластичностью, исключительной теплопроводностью и способностью выдерживать большие нагрузки.

Паутинный шёлк вырабатывается особыми железами, расположенными в задней части брюшка паука. Существует не менее 7 типов паутинных желез, производящих разные нити, но ни у одного из известных видов пауков не встречаются все семь типов сразу. Обычно бывает  от одной до четырёх этих пар.

В паутинных железах вырабатывает жидкий и вязкий белковый секрет, особенностью которого является способность практически мгновенно затвердевать под воздействием воздуха и превращаться в тонкие длинные нити.

Пауки плетут паутину из нескольких тонких нитей, выходящих из паутинных бородавок, которых у паука может быть до четырёх пар. Так что сеть, которую мы видим, состоит, подобно канату, из нескольких переплетённых «верёвок», каждая толщиной в несколько микрометров.

Причем выделяемый секрет бывает двух типов — из сухого создается основа «кружева», а второй секрет придает паутине повышенную наэлектизованность и липкость, чтобы задевшее ее насекомое не могло выбраться из коварной ловушки. 

Структура паутины совершенствовалась за сотни тысяч лет эволюции.

Трудно поверить в то, что паутинная нить, которая намного тоньше человеческого волоса, имеет удельную (то есть пересчитанная на единицу массы) прочность на разрыв выше, чем у стали в 5 или 6 раз!

Согласно расчётам учёных паутинная нить смогла бы остановить даже авиалайнер, если бы имела толщину карандаша.

В прошлом году биологи из Китая открыли уникальные амортизационные свойства паутинных нитей.  С помощью торсионного маятника (гениального устройства, которое ещё 200 лет назад британский физик и химик Генри Кавендиш использовал для того, чтобы оценить массу Земли) ученые измерили силу натяжения нити паука-кругопряда, человеческого волоса, металлической лески, углеродного волокна и других нитей. Все образцы вели себя как эластичные материалы – после скручивания и растягивания возвращались в исходное состояние. Все, кроме паутины – она даже во время легкого скручивания подвергалась деформации на молекулярном уровне. Благодаря изящно «сплетенным» нитям паук устойчиво удерживается на ней в любом подвешенном состоянии, включая спуск, а не вращается произвольно и бесконтрольно и не «пружинит» вверх-вниз.

Биологи сделали предположение, что именно уникальное расположение молекул в секрете выделяемых желёз позволяют паутине сохранить ее форму, подавляя любое внешнее воздействие подобно функции подушки безопасности. Дальнейшее изучение молекулярного строения паутины позволит конструкторам разработать уникальные амортизационные материалы, которые найдут широкое применение в хозяйственной деятельности человека, в том числе в оборудовании спасателей и скалолазов, часто работающих в экстремальных и опасных условиях.

В Университете штата Юта гены членистоногих добавили в ДНК козы, в результате паутину можно было отфильтровывать из молока. В 2011 году голландские учёные соединили искусственную кожу с паутиной, полученной из молока генетически измененных коз, и создали пуленепробиваемую ткань. В ходе экспериментов материал отразил пули калибра 5,56.
А в итальянском Университете Тренто, где учёные подкармливали пауков водой, содержащей углеродные нанотрубки или пластинки графена, паутина продемонстрировала прочность в 10 раз выше естественной, что на сегодня считается высочайшей прочностью среди волокон. Ценность данной идеи в том, по словам итальянцев, что открывается путь к применению естественного и эффективного процесса по использованию самих пауков для производства упрочнённого бионического шёлкового волокна. Более того, такой процесс естественного армирования биологических структурных материалов может использоваться и с другими животными и растениями, приводя к появлению инновационного класса веществ – бионических композитов.
Искусственную паутину AMSilk уже сейчас используют в косметике и медицине (в качестве хирургической нити), а в конце 2016 года компания Adidas и AMSilk из нее сделали суперлегкие и прочные кроссовки Futurecraft Biofabric.
Ученые из Нью-Йоркского университета Бингемптона создали из паутины сверхчувствительный микрофон, способный не только фиксировать очень слабый звук, а еще и отфильтровывать ненужный фоновый шум. Сенсационная разработка ученых будет применяться в слуховых аппаратах и смартфонах. И это далеко не предел использования этой уникальной технологии.

В следующем году французская авиастроительная компания Airbus и немецкий производитель синтетических биополимеров AMSilk в следующем году приступят к разработке нового композиционного материала «биосталь» на основе искусственной паутины, который сделает самолеты заметно легче.

Исследователи из Оксфорда выяснили, что во время построения паутины паук придаёт нитям электростатический заряд, который и удерживает их вместе. В результате несущая нить паутины оказывается покрытой тончайшей ажурной тканью из тысяч заряженных волокон толщиной в несколько десятков нанометров, которые которые расположены по всей длине основного волокна. Паучье «кружево» обладает электростатическими свойствами, что позволяет его нитям устремляться к пролетающей мимо добыче. Когда добыча попадает в такую наэлектризованную сеть, она вязнет в ней.

Паутина является очень важной и многофункциональной частью жизни арахнидов, и используются не только для охоты:
  • паутина — это надежное убежище, создающее для членистоногих наиболее благоприятные микроклиматические условия и являющееся хорошим укрытием, как от непогоды, так и от многочисленных природных врагов.
  • Из паутины плетутся коконы, в которые паучиха откладывает свои яйца.
  • В нее заворачивается добыча для сохранения про запас.
  • Из сетей сооружаются зимовки; те из пауков, которые пережидают холода в земляных норках, делают очень остроумную дверцу-крышку, закрывающую вход.
  • Вошедшая в пору спаривания самка сигнализирует об этом потенциальным партнерам и указывает путь к себе с помощью нити, пропитанной феромонами.
  • Молодые особи отдельных видов пауков перемещаются в новые охотничьи угодья на длинной нитке, уносимой ветром. 

Особо прочную паутину в природе плетут пауки-нефилы, широко распространённые на территории Юго-Восточной Азии. Построенные ими ловчие сети часто достигают в диаметре нескольких метров, а их прочность позволяет легко выдерживать вес взрослого человека.

В Южной Америке существуют паутинные мосты, по которым через ущелья перебираются обезьяны, а в Новой Гвинее сетями из паутины ловят рыбу. 

Паутина некоторых пауков бывает очень причудливых форм.


Примечание. В этой статье использованы фотоматериалы из открытых источников в интернете, все права принадлежат их авторам, если вы считаете, что публикация какой-либо фотографии нарушает ваши права, пожалуйста, свяжитесь со мной при помощи формы в разделе контакты, фотография будет немедленно удалена.

 

Пауки научили человека плести сверхпрочные нити
5 (100%) 4 votes

Добавить комментарий