Паутинная нить. Как паук плетет паутину? Где образуется и как используется пауком паутина

Что прочнее - паутина или сталь? У кого самая крепкая паутина?

1. Пожалуй, паутина прочнее, но у кого самая крепкая, не знаю, может быть у шелкопряда.
2. У любимого мужчины...
3. В Африке живут крупные, ярко раскрашенные пауки нефилы. Нефилы родичи наших крестовиков. Они плетут ловчие сети, похожие на паутинные круги, которые всем нам хорошо знакомы. Только круги побольше, да и нет обычно в них верхней половины круга, а на ее месте беспорядочная путаница нитей: защита от врагов, которых у толстой и аппетитной нефилы много.
4. Паутина, или паучий шелк это один из изумляющих примеров материалов, создаваемых природой и проявляющих исключительные физические свойства. Ее прочность в пересчете на один квадратный миллиметр сечения позволяет выдержать 260 кг, она прочнее и намного легче стали

   У паука есть несколько желез, расположенных в животе, которые производят паутинный шелк. Каждая железа производит шелк для особой цели. Известны семь различных желез. Но разные виды пауков обладают только несколькими из этих желез, а не всеми сразу.

   Самая тонкая измеренная нить была лишь 0,02 мм. Поэтому мы способны видеть паутину только из-за отражения нитью солнечного света. Но эта тонкая нить способна остановить пчелу, летящую на полной скорости. Эта нить не только очень крепкая, но также и очень упругая. Благодаря этим свойствам шелк паука жестче, чем любые другие материалы или металлы, известные нам. Прочность материала измеряется в единицах, называемых dernier (1 dernier = 1 г на 9000 м) . Нить паука имеет прочность от 5 до 8. Это означает, что нить из шелка паука разрушится под собственным весом при ее длине 45 - 72 км. Сопоставимыми материалами являются нейлон и стекло. Сталь имеет прочность приблизительно равную 3.

   Шелк паука используется для нескольких целей. Поленизийские рыбаки используют нить золотого паука-кругопряда (Nephila) как леску. В New-Hebrides сети паука использовали для изготовления сетей для транспортирования наконечников стрел, табака и высушенного яда для наконечников стрел. Некоторые племена в Новой Гвинеи использовали сети как шляпы, чтобы защитить головы от дождя.

   В Первой мировой войне нити Araneus diadematus, Zilla atrica, Argiope aurantia и других пауков-кругопрядов использовались как перекрестие в инструментах.

   Аборигены Полинезии издавна использовали паутину крупных тенетных пауков как нитки для пошива прочных рыболовных снастей, а в Европе, еще в средние века, люди научились изготавливать из паутины ткани. Изготовленные для короля Франции Людовика XIV перчатки и чулки из паутины паука-крестовика были предметом восхищения всех, кому удавалось увидеть эти уникальные изделия.

5. паутина
6. мне кажется сталь

Ученые уже много лет присматриваются к паутине, пытаясь изготовить из нее всё – от бронежилетов до носков. Повышенный интерес к паучьей нити не случаен: по своей прочности она близка к нейлону – прочность на разрыв составляет от 40 до 260 кг на кв. мм, что в несколько раз прочнее стали. Если было бы возможным сплести большую паутину толщиной с карандаш, то она могла бы остановить летящий самолет.

На сегодняшний момент нити паутины применяются в основном в оптике для нанесения перекрестья в оптических приборах и в качестве ниток в микрохирургии. Паучья нить ценна и тем, что она обладает отличными бактерицидными свойствами, а потому с успехом может применяться в медицине в качестве шовного материала, искусственных связок и сухожилий, пленок для заживления ран, ожогов и пр.

Впрочем, разные народности уже давно используют паутину для своих повседневных нужд. Жители островов Тихого океана «заставляют» пауков плести рыболовные сети, которые необычайно прочны и почти незаметны в воде. А на острове Мадагаскар многие крестьяне до сих пор используют паутинки вместо ниток.

Золотая ткань

Бизнесмены и ученые также пытаются поставить производство ткани из паучьего шелка на поток, правда, дело это весьма хлопотное и затратное, но и результат приятно радует глаз. Получить уникальную ткань из паучьего шелка взялись искусствовед Саймон Пирс и его партнёр по бизнесу Николас Гудли. После долгого и кропотливого труда они создали уникальное золотистое полотно размером 3,4 м на 1,2 м.

Поставщиком «ниток» стал миллион пауков-кругопрядов. На изготовление куска, пожалуй, самой необычной ткани учёный и предприниматель потратили почти 5 лет жизни и около 500 тыс. долл.

Гудли впервые приехал на Мадагаскар в 1994 г., где создал небольшую компанию по производству товаров из волокон пальмы. В 1999 г. Николас выпустил свою первую коллекцию модных сумок, а в 2005 г. неожиданно закрыл фабрику и полностью переключился на производство «паучьей ткани» вместе с Пирсом.

Началось все с того, что друзья наняли 70 рабочих собирать близ столицы Мадагаскара Антананариву паучьих вида Nephila madagascariensis.

Только женские особи создают уникальную в своём роде прочную паутину с золотистым оттенком. Сбор проходил во время сезона дождей, так как членистоногие плодят свои сети только в это время года (что накладывает дополнительные ограничения на процесс производства полотна).

Чтобы создать некое подобие прядильной фабрики, пауков поместили в специальные камеры, где их держали в неподвижном состоянии. Проблема состояла в том, что находясь в «стае», пауки пожирают друг друга. «Поначалу мы имели 20 женских особей, но в скорости всё заканчивалось тремя, правда, очень толстыми», – рассказывает Пирс.

В конце концов, беспокойных тварей изолировали друг от друга, при этом нарастив количество одновременно обитающих на фабрике особей.

10 рабочих собирали паутину, свисающую из прядильных органов паучьих. С одной особи таким образом можно было получить около 25 м драгоценного материала.

Пирс отмечал, что 14 тыс. пауков дают примерно 28 г паучьего шёлка, а общий вес конечного куска ткани составил аж 1180 г!

Бронежилет и струны

Другие же исследователи ставят перед собой более приземленные цели. При помощи генной инженерии японские биологи ввели гены, ответственные за производство паутины у паука, в хромосому шелкопряда. Получившееся волокно является чем-то средним между натуральным шелком и паутиной. Однако такой материал намного прочней и долговечней, чем обыкновенный шелк. Из него в ближайшем будущем планируется изготавливать множество вещей: от носков до рыболовных сетей и защитной одежды.

Еще один японец, химик по специализации, изготовил из паутины струны для скрипки, слепив паутину в пучки по 3 тыс. и 5 тыс. штук. Из таких пучков, закрученных уже в противоположном направлении, создавались собственно струны для скрипки. Они хороши тем, что намного более крепкие, чем распространенные струны из нейлона с алюминиевым покрытием.

Изучение разреза струн под электронным микроскопом показало то, что у них есть важное отличие от аналогов. В то время, как у обычных струн волокна, сплетающиеся вместе, сохраняют круглую форму, оставляя много пустого пространства между собой, паучьи нитки получили форму многоугольников, плотно собравшись вместе.

Очень хорошо зарекомендовал себя и бронежилет из паутины. Типичное защитное средство состоит из нескольких слоев специальной ткани – кевлара, благодаря которой бронежилет приобретает высокую прочность. А вот если использовать несколько наслоений из нити паука, то можно получить еще более прочный бронежилет, который устойчив к пулям крупного калибра. При этом такой жилет весит в разы меньше, в отличие от современных весьма тяжелых аналогов. Так что, в скором времени, бронежилеты из паутины поступят в армии развитых стран, вроде США, которые ими очень заинтересовались.

Кроме того, ученые уже создали нить, по своим свойствам похожую на нить паука, которая окажет неоценимую услугу медицине. Похоже, что люди еще много чего смогут научиться у пауков, этих поистине удивительных созданий.

Подготовила Анна Попенко,
по материалам

Прочных материалов в мире считается паутина . Ее эластичность и прочность таковы, что если бы можно было бы сделать паутину (сохранив при этом все ее свойства) толщиной хотя бы с карандаш, то на ней была бы возможность легко подвесить современный танк.

Причем процесс работы паука отлажен по самой высшей категории - современным промышленным компаниям до этого далеко.

Причем паук изготавливает не «просто» паутину, а именно ту, которая в данный конкретный момент ему необходима. Место дислокации поменять - одна, ловить пищу - другая, «строить» себе жилье - третья. А ловчая сеть создается вообще из нескольких видов паутины, которые друг от друга отличаются своими характеристиками. Однако для того, чтобы поменять «модель», паук не перестраивается и не останавливает свой конвейер – он всегда «знает», какая нить ему нужна.

Для изготовления всем известной классической, колесообразной паутины паук вначале натягивает что-то типа «фундамента» - не очень липкие и тяжелые нити большого диаметра, затем на них накладывает более тонкие «спицы» и только затем опутывает оставшееся в центре пространство почти невидимыми, самыми опасными и клейкими спиральками, которые и являются капканом для различных насекомых.

Паук-удильщик вообще не плетет сетей. Он изготавливает одну тонкую нить, имеющую на конце липкий шарик, после чего воинственно размахивает этим оружием в разные стороны. Одновременно он источает аромат, подобный тому, который издают самки мотыльков, подыскивающие себе партнеров. Доверчивые мотыльки слетаются на запах, но в результате по лбу получают липким шариком и становятся обедом для паука.

Для своих прогулок паук делает мягкую, толстую и пушистую паутину - кому хочется угодить в собственную ловушку? А если умельцу заблагорассудилось сменить место жительства, то он выпускает специальную паутину-парашют – подхваченная ветром, она может перенести своего владельца на большое расстояние.

И еще несколько интересных сведений о пауках. Ученые несколько лет назад на Мадагаскаре обнаружили новый вид паука, который способен сплести паутину длиной до 25 метров и соответствующей прочности и толщины (пока это мировой рекорд). Свои громадные сети паук натягивает не между обычными кустиками, а прямо поперек озер и рек - чтобы ловить кружащихся над водой насекомых.

А в прошлом году ученым удалось определить, как выглядит паутина в разрезе. Оказалось, что паутина представляет собой белковую нить, смахивающую на стопку блинов. Диаметр каждого «блина» - 3 нанометра, а соединен он с соседним в результате водородных связей.

Пауки принадлежат к древнейшим обитателям Земли: следы первых паукообразных найдены в породах, которым 340–450 млн лет. Пауки примерно на 200–300 млн лет старше динозавров и более чем на 400 млн лет – первых млекопитающих. У природы было достаточно времени, чтобы не только умножить число паучьих видов (их известно около 60 тыс.), но и вооружить многих этих восьминогих хищников удивительным средством охоты – паутиной. 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? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, – не получится!

Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Фиброин составляет примерно 2/3 массы паутины (а также, кстати, и натурального шелкового волокна). Это вязкая, сиропообразная жидкость, полимеризующаяся и затвердевающая на воздухе.

Гликопротеидные волоконца, диаметр которых может составлять всего несколько нанометров, могут располагаться параллельно оси фиброиновой нити или образовывать спирали вокруг нити. Гликопротеиды – сложные белки, которые содержат углеводы и имеют молекулярную массу от 15 000 до 1 000 000 а.е.м, – присутствуют не только у пауков, но и во всех тканях животных, растений и в микроорганизмах (некоторые белки плазмы крови, мышечных тканей, оболочек клеток и др.).

При образовании паутины гликопротеидные волоконца соединяются между собой за счет водородных связей, а также связей между СО- и NН-группами, причем значительная доля связей образуется в паутинных железах паукообразных. Молекулы гликопротеидов могут образовывать жидкие кристаллы со стержневидными фрагментами, которые укладываются параллельно друг другу, что придает структуре прочность твердого тела при сохранении способности течь подобно жидкости.

Основные составные части паутины - простейшие аминокислоты: глицин Н 2 NCН 2 СООН и аланин СН 3 СHNН 2 CООН. В паутине содержатся и неорганические вещества – гидрофосфат калия и нитрат калия. Их функции сводятся к защите паутины от грибков и бактерий и, вероятно, созданию условий для образования самой нити в железах.

Отличительная особенность паутины - экологичность. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека.

Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни – для ловчих «сетей», другие – для собственного перемещения, третьи – для сигнализации и т. д. Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать. А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков.

Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал? Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара – арамидного волокна:

получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям.

Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов. Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров (каждая группа самостоятельно) ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе.

Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины. Летом 1999 г. двух африканских карликовых козлов, Петера и Уэбстера, генетически запрограммировали давать потомство коз, молоко которых содержало такой белок. Эта порода хороша тем, что потомство становится взрослым уже в трехмесячном возрасте. Фирма пока хранит молчание, как делать нити из молока, но уже зарегистрировала название созданного ею нового материала – «BioSteel» («биосталь»). Статья о свойствах «биостали» опубликована в журнале «Science» («Наука», 2002, т. 295, с. 427).

Другим путем пошли немецкие специалисты из Гатерслебена: они ввели гены, подобные паучьим, в растения – картофель и табак. Им удалось получить в картофельных клубнях и табачных листьях до 2% растворимых белков, состоящих в основном из спидроина (главного фиброина пауков). Предполагается, что, когда количества производимого спидроина станут значительными, из него в первую очередь будут делать медицинские бинты.

Молоко, полученное от генетически измененных коз, вряд ли можно отличить по вкусу от натурального. Генетически модифицированный картофель похож на обычный: его в принципе тоже можно варить и жарить.

Шелк, образующий радиальные нити паутины, состоит из двух белков, определяющих его прочность и эластичность. Каждый белок содержит три участка с разными свойствами. Первый формирует аморфную (некристаллическую), способную к растяжению матрицу, которая придает шелку эластичность. Когда насекомое попадает в паутину, матрица растягивается, поглощая кинетическую энергию соударения с насекомым. Жесткость шелку придают два вида кристаллических областей, встроенных в аморфные участки каждого из белков. Обе эти области имеют плотноупакованную структуру и не поддаются растяжению, причем один из них имеет жесткую конструкцию. Полагают, что кристаллические участки с менее жесткой конструкцией скрепляют жесткие кристаллические структуры с аморфной матрицей.
 Толщина нити паутины составляет всего лишь 0,1 диаметра человеческого волоса, однако в несколько раз прочнее стальной проволоки того же веса. В фильме «Человек-паук» прочность паутины сильно недооценена.
 Объяснение дает биолог Вильям Пёрвз (William K. Purves) из Колледжа Харви Мадд

Брюшко паука увеличенное в 12 т раз. Фабрика по производсту паутины.


Из подвижных трубок выприскивается белок, который, попав в воздух твердеет, образуя высокопрочную нить.


На рисунке слева кевлар, а справа нанотрубка − карбоновая нить. Тесты показывают более чем трехкратное провосходство в прочности. И это только начало.