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 /  足柄症/ クモの巣の特性は保管中にどのくらい持続しますか? ウェブの実際的な利点。 蜘蛛の巣の構成

クモの巣の特性は保管中にどれくらい持続しますか? ウェブの実際的な利点。 蜘蛛の巣の構成

物理および数学の候補者 E. ロゾフスカヤ

科学と生命 // イラスト

捕捉スパイラルの糸を覆う接着性物質は、ビーズ液滴の形でウェブ全体に均一に分布します。 写真はキャッチャースパイラルの破片2つが半径に付着している場所を示しています。

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初期段階クロススパイダーによる捕獲網の構築。

対数螺旋は、クモが車輪状の捕獲網を構築するときに敷設する補助螺旋糸の形状を近似的に表しています。

アルキメデスの螺旋は、接着剤トラップ糸の形状を表します。

ジグザグの糸はコガネグモ属のクモの巣の特徴の 1 つです。

シルク繊維の結晶領域は、図に示されているものと同様の折り畳まれた構造を持っています。 個々の鎖は水素結合によって接続されています。

巣の繭から出てきたばかりの若いクロスグモ。

ディノピダエ・スピノーサ科のクモは、足の間に巣を作り、それを獲物の上に投げます。

クロススパイダー (Araneus diadematus) は、大きな車輪の形をした捕獲網を編む能力で知られています。

一部の種類のクモは、丸い罠に長い「はしご」を取り付け、狩猟の効率を大幅に高めます。

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クモの糸が出てくるクモの管を顕微鏡で見るとこんな感じです。

クモはそれほど魅力的な生き物ではないかもしれませんが、クモの創造物である巣は畏敬の念を抱かせるものに他なりません。 茂みの枝の間や背の高い草の間に張られた、太陽の下できらめく最高級の糸の幾何学的規則性がどのように目を魅了するかを思い出してください。

クモは地球上で最も古くから生息する生物の 1 つで、2 億年以上前に陸地に定住しました。 自然界には約 35,000 種のクモがいます。 どこにでも生息するこの 8 本足の生き物は、色や大きさの違いにもかかわらず、いつでもどこでも認識できます。 しかし、最も重要なことは 特徴的な機能- これは、比類のない強度の天然繊維であるクモの糸を生産する能力です。

クモはさまざまな目的で巣を使います。 そこから卵用の繭を作り、越冬のための避難所を作り、飛び降りるときの「安全ロープ」として使い、複雑な捕獲網を編んで、捕まえた獲物を包みます。 交尾の準備ができているメスは、フェロモンでマークされた巣糸を生成します。そのおかげで、糸に沿って移動するオスは、パートナーを簡単に見つけます。 いくつかの種の若いクモは、風に乗って親の巣から飛び立ちます。

クモは主に昆虫を食べます。 彼らが食物を得るために使用する狩猟器具は最も優れています。 さまざまな形そして種類。 一部のクモは、避難場所の近くで単に信号糸を数本伸ばし、昆虫がその糸に触れるとすぐに、待ち伏せしてそれに向かって突進します。 ある種の投げ縄のように、先端に粘着性のドロップが付いた糸を前方に投げるものもあります。 しかし、クモの設計活動の頂点は依然として、水平または垂直に配置された丸い車輪の形をしたネットです。

私たちの森林や庭園によく生息するクロススパイダーは、車輪の形をした捕獲網を作るために、かなり長くて強い糸を作ります。 風や上昇気流によって糸が上向きに持ち上げられ、ウェブを構築する場所が適切に選択されていれば、糸は近くの枝やその他の支持体にしがみつきます。 クモはそれに沿って這って端を固定し、強度を高めるために別の糸を敷くこともあります。 次に、自由に垂れ下がっている糸を放し、その中央に 3 番目の糸を取り付けます。これにより、Y 字型の構造が得られます。これは、50 以上の半径のうちの最初の 3 つです。 放射状のスレッドとフレームの準備が完了すると、スパイダーは中心に戻り、「足場」のような一時的な補助スパイラルを配置し始めます。 補助スパイラルは構造をまとめて保持し、捕捉スパイラルを構築するときにスパイダーの通路として機能します。 ネット本体の骨組みはアール部分も含めて全て非粘着糸で作られていますが、キャッチャースパイラル部分には粘着性物質をコーティングした二重糸を使用しています。

驚くべきことは、これら 2 つの螺旋が異なる幾何学的形状をしていることです。 一時的な螺旋の回転数は比較的少なく、回転するたびにそれらの間の距離は増加します。 これは、それを置くときにスパイダーが半径に対して同じ角度で移動するために起こります。 得られる破線の形状は、いわゆる対数螺旋に近いものになります。

粘着トラップスパイラルは、別の原理に従って構築されています。 スパイダーは端から開始して中心に向かって移動し、ターン間の距離を同じに保ち、アルキメデスの螺旋を作成します。 同時に補助螺旋の糸を噛み切る。

クモの糸は、クモの腹部の後ろにある特別な腺によって生成されます。 少なくとも 7 種類のクモ膜が知られており、異なるフィラメントを生成しますが、そのどれもありません 既知の種 7 種類のクモすべてが一度に見つかるわけではありません。 通常、クモにはこれらの腺が 1 ~ 4 対あります。 巣を編むのは簡単な作業ではなく、中型の捕虫網を構築するには約 30 分かかります。 別のタイプの巣の生成(捕獲スパイラル用)に切り替えるには、クモは 1 分間の休息が必要です。 クモは、雨、風、昆虫によって損傷した残りの巣を食べて巣を再利用することがよくあります。 ウェブは特別な酵素の助けを借りて体内で消化されます。

クモの糸の構造は、数億年の進化を経て完璧に発達しました。 この天然素材は2つを組み合わせています 素晴らしい物件- 強度と弾力性。 クモの巣でできた網は、全速力で飛ぶ昆虫を止めることができます。 クモが狩猟の巣の基部を編む糸は人間の髪の毛よりも細く、その比引張強度 (つまり、単位質量当たりの計算値) は鋼鉄の引張強度よりも高くなります。 スパイダースレッドと同じ直径の鋼線を比較すると、ほぼ同じ重量を支えることができます。 しかし、クモの糸は 6 倍軽い、つまり 6 倍の強度を意味します。

人間の髪の毛、羊の毛、蚕の繭からの糸と同様に、クモの巣は主にタンパク質で構成されています。 アミノ酸組成の観点から見ると、クモの巣タンパク質であるスピドロインは、カイコの毛虫によって生産される絹を構成するタンパク質であるフィブロインに比較的近いです。 どちらも、アミノ酸のアラニン (25%) とグリシン (約 40%) を異常に多く含んでいます。 アラニンが豊富なタンパク質分子の領域は、ひだ状に密に詰め込まれた結晶領域を形成し、高い強度を提供します。また、グリシンがより多く含まれる領域は、よく伸びることができるより非晶質な材料を表し、それによって糸に弾力性を与えます。

このようなスレッドはどのように形成されるのでしょうか? この質問に対する完全かつ明確な答えはまだありません。 糸を紡ぐプロセスは、球織りグモジョロウグモの膨大腺の例を使用して最も詳細に研究されています。 最も強力な絹糸を生成する膨大状腺は、中央の嚢、非常に長く湾曲した管、出口のある管の 3 つの主要な部分で構成されています。 嚢の内面の細胞からは、2 種類のスピドロインタンパク質分子を含む小さな球形の液滴が出現します。 この粘稠な溶液は嚢の尾部に流れ込み、そこで他の細胞が異なる種類のタンパク質、つまり糖タンパク質を分泌します。 糖タンパク質のおかげで、得られる繊維は液晶構造を獲得します。 液晶が注目に値するのは、一方では次のような特徴があります。 高度な秩序を保ち、一方で流動性を維持します。 厚い塊が出口に向かって移動すると、長いタンパク質分子が配向され、形成される繊維の軸の方向に互いに平行に整列します。 この場合、分子間水素結合がそれらの間に形成されます。

人類は自然のデザイン上の発見の多くを模倣してきましたが、クモの巣を紡ぐような複雑なプロセスはまだ再現されていません。 科学者たちは現在、バイオテクノロジー技術を使用してこの困難な問題を解決しようとしています。 最初のステップは、網を構成するタンパク質の生成に関与する遺伝子を単離することでした。 これらの遺伝子は細菌および酵母の細胞に導入された(「サイエンス・アンド・ライフ」第2号、2001年を参照)。 カナダの遺伝学者はさらに進んで、乳に溶解したクモの巣タンパク質が含まれる遺伝子組み換えヤギを繁殖させました。 しかし、問題はクモの糸タンパク質を取得することだけではなく、自然の紡糸プロセスをシミュレートする必要があります。 しかし科学者たちはまだこの教訓を自然から学んでいません。

クモ(緯度クモ目)は、節足動物門、クモ綱、クモ目に属します。 彼らの最初の代表者は約4億年前に地球上に現れました。

スパイダー - 説明、特徴、写真。

クモ類の体は 2 つの部分から構成されます。

  • 頭胸部はキチン質の殻で覆われており、4対の長い関節脚が付いています。 それらに加えて、成熟した個体が交尾に使用する一対の爪(触肢)と、有毒なフックが付いた一対の短い手足、つまり鋏角があります。 それらは一部です 口腔装置。 クモの目の数は2から8まであります。
  • 腹部には呼吸穴があり、蜘蛛の巣を編むための 6 つのくも膜状のいぼがあります。

クモの大きさは種類にもよりますが、0.4mmから10cmの範囲で、手足を伸ばすと25cmを超えることもあります。

異なる種の個体の色や模様は、 構造構造鱗や毛の覆い、さまざまな色素の存在と局在。 したがって、クモの色は鈍い単色か、または 明るい色さまざまな色合い。

蜘蛛の種類と名前と写真。

科学者は 42,000 種以上のクモを記載しています。 CIS諸国では約2,900の品種が知られています。 いくつかの種類を考えてみましょう。

青緑色のタランチュラ (緯度 Chromatopelma cianeopubescens)– 最も壮観で美しい色のクモの 1 つ。 タランチュラの腹部は赤オレンジ色、手足は明るい青、甲羅は緑色です。 タランチュラの大きさは6〜7センチ、足を広げると最大15センチになります。このクモの故郷はベネズエラですが、このクモはアジア諸国や アフリカ大陸。 タランチュラに属しているにもかかわらず、このタイプのクモは噛みませんが、重大な危険がある場合にのみ、腹部にある特別な毛を投げます。 この毛は人間にとって危険ではありませんが、イラクサの火傷と同様の軽度の火傷を皮膚に引き起こします。 驚くべきことに、メスのクロマトペルマはオスに比べて長生きです。メスのクモの寿命は10~12年ですが、オスの寿命はわずか2~3年です。

花蜘蛛 (緯度ミスメナ・ヴァティア)横歩きするクモの科(Thomisidae)に属します。 色は完全に異なります 明るいレモン、ピンク、または緑がかったものまで。 オスのクモは体長4~5mmと小さく、メスの体長は1~1.2cmに達します。 花蜘蛛ヨーロッパ全土(アイスランドを除く)に分布し、米国、日本、アラスカにも生息しています。 このクモは、花の咲くハーブが豊富にある開けた場所に住んでおり、その「抱擁」に捕らえられた人々の汁を食べます。

グラモストラ・プルクラ (緯度グラモストラ・プルクラ)- 品種です 自然環境ウルグアイとブラジル南部にのみ生息しています。 8〜11cmの大きさに達するかなり巨大なクモで、暗い色と特徴的な「金属的」な毛の光沢があります。 自然界では植物の根の中に生息することを好みますが、自分で巣穴を掘ることはほとんどありません。 プルラは、エキゾチックなペットの愛好家の間でペットになることがよくあります。

コガネグモ ブリュニヒ またはスズメバチクモ(緯度コナガコガネグモ) –体と手足の珍しい色 - 黄色、黒、白の縞模様を持つクモで、その名前が付けられました。 確かに、オスのスズメバチのクモはそれほど明るくなく、メスよりもサイズが小さいです。「若い女性」のサイズは2.5 cmに達し、脚を合わせると-4 cmですが、オスが7を超えることはめったにありません。長さ mm。 この種はヨーロッパ、アジア、ロシア南部、ヴォルガ地域、北アフリカに広く分布しています。 コガネグモは森の端の草が豊富に茂る牧草地に住んでいます。 コガネグモの巣は非常に強いので、引き裂くのは難しく、圧力がかかると伸びるだけです。

ハンターボーダー (緯度ドロメデス・フィブリアトゥス)ユーラシア大陸に広く分布し、水が静止しているか、または非常にゆっくりと流れる水域の海岸に沿って見られます。 湿地帯の牧草地、日陰のある森林、または湿度の高い庭園に定住することがよくあります。 メスのエッジハンターの体長は14〜22 mmですが、オスはそれより小さく、13 mmを超えることはほとんどありません。 この種のクモの色は通常、黄褐色またはほぼ黒で、腹部の側面に淡黄色または白の縞模様があります。

(緯度リコサタランチュラ)-オオカミグモの家族(緯度リコシダエ)に属するクモの種。 南ヨーロッパの広大な地域に生息しており、イタリアとスペインでよく見られ、ポルトガルでは深さ0.5メートルの穴を掘ります。 タランチュラの大きさは印象的です - 長さは最大7 cmで、個体は通常赤く着色されていますが、それほど頻繁ではありません - 茶色で、体にはいくつかの明るい色の横縞と1つの縦縞があります。

とげのある球体を編むクモ、または「ツノグモ」(緯度Gasteracantha cancriformis)アメリカ南部の熱帯と亜熱帯に分布しています。 中米、フィリピン、オーストラリア。 女性のサイズは5〜9 mm、幅は10〜13 mmに達します。 雄の体長は2~3mm。 トゲグモの足は短く、腹部の端に沿って6本の棘があります。 クモの色は白、黄、赤、黒と非常に明るいです。 腹部には黒い点の模様があります。

クジャクグモ(緯度マラトゥス・ヴォランス)。このクモには、赤、青、水色、緑、黄色など、さまざまな色があります。 メスの体色は淡いです。 大人の大きさは4〜5mmに達します。 オスは美しい衣装でメスを魅了します。 クジャクグモはオーストラリアのクイーンズランド州とニューサウスウェールズ州に生息しています。

微笑む蜘蛛 (緯度: テリディオンのグラレーター)あるいは、幸せそうな顔をしたクモは人間にはまったく無害です。 こいつは生きてる 珍しいクモハワイ諸島で。 体長は5mm。 クモの色は、淡い、黄色、オレンジ、青などさまざまです。 この種は小魚を餌とし、その明るい色は敵、特に鳥を混乱させるのに役立ちます。

ブラック・ウィドウ (緯度 Latrodectus mactans)- それはとても危険ですし、 有毒種蜘蛛 オーストラリア、北アメリカに生息しており、ロシアにも生息しています。 女性の大きさは1cmに達しますが、男性ははるかに小さいです。 クロゴケグモの体は黒く、腹部には砂時計の形をした特徴的な赤い斑点があります。 雄は茶色で白い縞模様があります。 噛みつきは致命的です。

カラクルト (緯度 Latrodectus tredecimguttatus)- この見た目は致命的です 毒蜘蛛ブラック・ウィドウの家族の出身。 女性のカラクルトの大きさは10〜20 mm、男性ははるかに小さく、4〜7 mmです。 この恐ろしいクモの腹部には 13 個の赤い斑点があります。 いくつかの品種では、斑点に境界線があります。 成熟した個体の中には斑点がなく、全身が真っ黒で光沢のあるものもあります。 キルギス、アストラハン地域、諸国に住んでいます。 中央アジア、ロシア南部、ウクライナ、黒海とアゾフ地域、ヨーロッパ南部、北アフリカ。 カラクルトはサラトフ地方、ヴォルゴグラード地方、オレンブルク地方、クルガン地方、ウラル山脈南部でも発見された。

クモはどこにでも生息し、あらゆる場所で見つかります グローブ。 彼らは地表のある地域だけに住んでいるわけではありません。 一年中氷の殻の下に隠れています。 湿潤で暑い気候の国では、温帯や寒冷な気候の国よりも種の数が多くなります。 いくつかの種を除いて、クモは地上に生息し、建てられた巣や巣穴の中で生活し、夜間に活動します。

タランチュラ クモやその他の種類のミガロモルフ クモは、赤道付近の木や低木の樹冠に生息しています。 「乾燥に強い」種のクモは、巣穴、地面の隙間、および地上の避難場所を好みます。 たとえば、ディガーグモ(非定型タランチュラ)は、最大50 cmの深さにある個々の巣穴に定住したコロニーで生活し、奇形クモのいくつかの種は、土、植物、糸で作られた特別なフラップで巣穴を閉じます。

歩道のクモ (カニグモ) は一生のほとんどを花の上に座って獲物を待って過ごしますが、仲間の一部は木の樹皮や林床で見つけることができます。

漏斗ウェブスパイダーの家族の代表者は、高い草や茂みの枝に巣を置きます。

オオカミグモは湿った草が茂った牧草地や湿地帯を好みます 森林地帯、落ち葉の中にたくさん見られます。

水(銀)グモは水中に巣を作り、巣の助けを借りてさまざまな底の物体に付着します。 巣に酸素を充填し、ダイビングベルとして使用します。

蜘蛛は何を食べるの?

クモは非常に興味深いものを食べる非常に独創的な生き物です。 一部の種類のクモは、1週間から1か月、さらには1年まで長期間餌を食べないことがありますが、食べ始めるとほとんど残りません。 興味深いことに、すべてのクモが年間に食べることができる餌の重量は、現在地球上に住んでいる全人口の重量の数倍です。
蜘蛛は何をどうやって食べるのでしょうか? 種類や大きさに応じて、クモの採餌方法や食べる方法は異なります。 一部のクモは巣を張り、昆虫が気づきにくい巧妙な罠を組織します。 捕らえた獲物に消化液を注入し、内部から腐食させる。 しばらくして、「ハンター」は結果として得られた「カクテル」を胃の中に吸い込みます。 他のクモは、狩りをしているときに粘着性のある唾液を「吐き出す」ことで、カブトムシや直翅目などの獲物を自分自身に引き寄せます。また、いくつかの種は、それらを自分の家や家に引きずり込むことができます。 ミミズそしてそこで安心して食べてください。
女王グモは夜にのみ狩りをするため、不注意な蛾に対して粘着性の巣を作ります。 女王のスピナーは餌の横にある昆虫に気づき、足で糸を素早く振り、獲物の注意を引きます。 蛾はそのような餌の周りを喜んでホバリングし、それに触れると、すぐにそれにぶら下がったままになります。 その結果、クモは静かに自分自身に引き付け、獲物を楽しむことができます。

熱帯の大きなタランチュラのクモが小さなカエルを喜んで狩る

水生種のクモは、水面に浮かぶオタマジャクシ、小魚、ユスリカなどを巣を使って捕まえ、水から餌を得ます。 捕食者であるクモの中には、犠牲者がいないため、花粉や植物の葉などの植物性食物を十分に摂取することもできます。 干し草を作るクモは穀物を好みます。

科学者による多数のメモから判断すると、膨大な数のクモが、地球上に生息する動物の数倍の小さなげっ歯類や昆虫を破壊します。

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蜘蛛はどうやって巣を張るのでしょうか?

クモの腹部の後ろには1対4対のくも膜腺(くも膜疣贅)があり、そこから細い糸の巣が目立ちます。 これは特別な秘密であり、今日では多くの人が液体シルクと呼んでいます。 細い紡績管から出た糸は空気中で固まり、できた糸は肉眼で見るのが非常に難しいほど細いことがわかります。

蜘蛛の巣を編むために、クモは回転する器官を広げ、紡いだ巣が近くの支柱に引っかかるように軽い風が吹くのを待ちます。 その後、彼は新しくできた橋に沿って背中を下にして移動し、放射状の糸を織り始めます。 ベースが作成されると、クモは円を描いて動き、非常に粘着性のある細い横糸を「製品」に織り込みます。

クモは非常に経済的な生き物であるため、損傷した巣や古い巣を吸収し、その後再利用することは注目に値します。 そして、クモはほぼ毎日網を織るので、網はすぐに古くなってしまいます。

ウェブはクモ膜によって生成される一種の秘密です。 このような分泌物は、放出されてからしばらくすると、強力なタンパク質の糸の形で固まることがあります。 クモの巣はクモだけでなく、偽サソリやダニ、唇足類などのクモ類の他の代表者によっても生成されます。

蜘蛛はどのように巣を作るのか

クモの腹腔には多数のくも膜が存在します。。 このような腺の管は、特別なクモ膜疣贅の端部にアクセスできる小さな回転管に開口します。 回転チューブの数はクモの種類によって異なります。 たとえば、非常に一般的なクロススパイダーには 500 個の蜘蛛がいます。

これは面白い!クモ膜は液体と粘性を生成します タンパク質の分泌その特徴は、空気に触れるとほぼ瞬時に硬化し、細く長い糸になることです。

ウェブを紡ぐプロセスでは、クモのいぼを基材に押し付けます。 放出された分泌物の最初の重要ではない部分は硬化し、基質に確実に付着します。その後、クモは後ろ足を使って粘性の分泌物を引き出します。 クモを巣の付着部位から取り除く過程で、分泌されたタンパク質が伸びてすぐに固まります。 現在までに 7 つが知られており、かなりよく研究されています。 他の種類さまざまな種類の糸を生成するくも膜腺。

ウェブの構成と性質

クモの巣は、グリシン、アラニン、セリンも含むタンパク質化合物です。 形成された糸の内部は硬いタンパク質の結晶で表され、そのサイズは数ナノメートルを超えません。 結晶は、弾性の高いタンパク質結合によって結合されています。

これは面白い!ウェブの珍しい特性は、その内部の表現です。 蜘蛛の巣にぶら下げると、どんな物体でもねじることなく何度でも回転させることができます。

一次糸はクモによって絡み合い、より太いクモの繊維になります。。 ウェブの強度指標はナイロンの強度指標に近いですが、シークレットよりもはるかに強力です。 。 ウェブの使用目的に応じて、スパイダーは粘着性のある糸だけでなく、太さが大きく異なる乾燥した糸も生成できます。

ウェブの機能とその目的

クモが最もよく利用するのは巣です。 さまざまな目的のために。 強くて信頼性の高い網で編まれたシェルターは、節足動物にとって最も好ましい微気候条件を作り出すことができ、悪天候や多数の天敵の両方からの優れたシェルターとしても機能します。 節足動物のクモ類の多くは、巣穴の壁に巣を張り巡らせたり、巣穴を住居への一種のドアにしたりすることができます。

これは面白い!いくつかの種は移動手段としてウェブを使用し、若いクモは長いウェブ糸に乗って親の巣を離れ、それが風に拾われてかなりの距離を運ばれます。

ほとんどの場合、クモは巣を使って粘着性の捕獲網を編みます。これにより、効率的に獲物を捕らえ、節足動物に食物を提供することができます。 同様に有名なのは、巣から作られたいわゆる卵の繭で、その中に若いクモが現れます。。 一部の種は、節足動物がジャンプ中に落下したり、移動したり獲物を捕まえたりするときに保護する水かきのような安全糸を編みます。

複製用ウェブ

繁殖期はメスがクモ膜の糸を放出するのが特徴で、これにより交尾に最適なペアを見つけることが可能になります。 たとえば、巣を投げるオスは、メスが作る網の隣に、クモをおびき寄せる小型の嵌合網ひもを構築することができます。

オスのクロスグモは、メスが作った放射状に配置された捕獲網に水平な巣を巧みに取り付けます。 オスは手足で巣を強く叩くことで巣を振動させ、この珍しい方法でメスを交尾に誘います。

獲物を捕まえるための網

獲物を捕まえるために、多くの種のクモは特別な捕獲網を編みますが、一部の種は独特の投げ縄と糸を使用することを特徴としています。 巣穴住居に隠れるクモは、節足動物の腹部から避難所のまさに入り口まで伸びる信号糸を張ります。 獲物が罠に落ちると、信号糸の振動が瞬時にクモに伝わります。

粘着性スパイラル捕獲ネットは、少し異なる原理に従って構築されています。。 作成するとき、クモは端から編み始め、徐々に中央部分に向かって移動します。 この場合、すべてのターン間の同じギャップが必然的に維持され、いわゆる「アルキメデスの螺旋」が生じます。 補助螺旋の糸は特別にクモに噛まれます。

保険のウェブサイト

ハエトリグモは被害者を攻撃する際の保険として巣の糸を使います。 クモはウェブの安全糸をあらゆる物体に取り付け、その後節足動物が目的の獲物に飛びつきます。 基質に取り付けられた同じ糸は、一晩の避難場所として使用され、あらゆる種類の天敵による攻撃から節足動物を保護します。

これは面白い!南ロシアのタランチュラは、巣穴から家を出るとき、細い糸を後ろに引っ張り、必要に応じてすぐに戻る道や避難所への入り口を見つけることができます。

交通手段としてのウェブ

秋までに、いくつかの種のクモは子供を孵化させます。 成長過程を生き残った若いクモは、木、高い茂み、家やその他の建物の屋根、フェンスをこの目的のために使用して、できるだけ高く登ろうとします。 十分に長く待ったので 強い風、小さなクモは細くて長い巣を作ります。

移動距離は、このような搬送ウェブの長さに直接依存します。 蜘蛛の巣が十分に張られるのを待って、クモはその端を噛み、非常に早く飛び立ちます。 原則として、「旅行者」はウェブ上を数キロメートル飛行することができます。

シルバースパイダーはクモの巣を利用します。 水の輸送。 このクモは水域で狩りをするために呼吸が必要です。 大気。 節足動物は底に降りるときに空気の一部を取り込むことができ、 水生植物一種の空気鐘は巣から作られ、空気を保持してクモが獲物を狩ることができます。

注記!

編集者より

生体分子は好奇心と発明への関心を大切にしています。 「bio/mol/text」コンテストで 2 回目となる今回は、発明家のユーリ シェフニンが自身のアイデアや発見をポータルの視聴者と共有します。 編集者は著者の創造的なアプローチと他の人と知識を共有したいという願望に感銘を受けましたが、この記事は厳密なものではないことに留意する必要があります。 科学研究そして、そこに記載されている新しい医療包帯は、臨床現場での使用の可能性をテストする必要があります。

「老化と長寿のメカニズムに関する最優秀論文」ノミネートのスポンサーは、Science for Life Extension Foundation です。 観客賞はHeliconが主催した。

コンテストのスポンサー: バイオテクノロジー研究所 3D バイオプリンティング ソリューションおよびサイエンティフィック グラフィックス、アニメーションおよびモデリング スタジオ ビジュアル サイエンス。

次の部屋に入ると、発明者のための狭い通路を除いて、壁も天井もクモの巣で完全に覆われていました。 私がドアのところに現れるとすぐに、後者は私に気をつけて巣を破らないようにと大声で叫びました。 彼は仕事を利用するという点でこれまで世界が犯してきた致命的な間違いについて不平を言い始めた 一方、私たちの手元には、上記の虫よりもはるかに優れた昆虫が常にたくさん存在します。なぜなら、それらは紡ぎ手としてだけでなく、織り手としての資質も備えているからです。 発明者はさらに、クモをリサイクルすれば布地を染色するコストが完全になくなると指摘しました。クモに餌を与えた美しい色とりどりのハエをたくさん見せてくれたとき、私はこれを完全に確信しました。彼の保証によると、それは必然的にクモによって作られた糸に転写されるに違いありません。 そして、彼はあらゆる色のハエを飼っていたので、ガム、油、その他の粘着性物質の形でハエに適した餌を見つけ次第、すべての人の好みを満足させ、ハエに密度と強度を与えたいと考えていました。ウェブのスレッド。

D.スウィフト

ガリバー旅行記。 ラピュタへの旅 (1725)

クモの巣から作られた医療用包帯

寄付には高額な費用がかかるため、 たくさんの医学の方向性に限界があるため、世界中の科学者や医師が人体の損傷を修復する代替方法の開発に取り組んでいます。 同時に、薬剤耐性のある形態の微生物が広範囲に分布し、抗生物質や化学療法に含まれる毒性、アレルギー誘発性の薬剤、その他の薬剤が存在します。 副作用抗菌効果と再生プロセスの刺激効果を備えた新しい非毒性薬剤を探索する必要性が生じています。 同様の特性を、例えば火傷防止包帯や包帯にも与えることができます。 火傷は、世界で最も一般的な外傷の 1 つです。 ロシアでは毎年60万件以上の火傷が記録されている。 カウント中 死亡者(数)火傷は交通事故による怪我に次いで多いものです。

著者にとって、火傷防止包帯と包帯を入手することは有望であるように思われる ウェブから。 シルクはより手頃な価格の素材であり、その生産はすでに存在しています。 しかし、ウェブはその分子と全体の構造の特殊なトポロジーにより、 素晴らしい見通し足場技術における医療用包帯およびマトリックス用 * ( 足場技術、 英語から 足場- 足場、足場) - 成長した器官またはその断片の空間形成を目的とした、天然または人工起源の三次元基板上での細胞の培養(図1)。

* - 「生体分子」は、ウェブの他の素晴らしい特性について以前に話しました。 クモの巣から作られた「スマートな」接着剤» . - エド。

図 1. ウェブ リノテルメガセロイデス顕微鏡の下で

電子顕微鏡によると、絹フィブロインと組換えスピドロイン(クモの巣タンパク質)から作られたマトリックスは、細孔パラメーターが異なります。 フィブロイン足場の細孔壁は、鱗片状で粗い表面を備えたより均一な構造をしていますが、スピドロイン足場は穴のあいた表面を備えた緩い構造をしています。 組換えスピドロイン マトリックスの内部ナノ多孔質構造は、体内の組織再生にとってより好ましい微小環境を作り出す能力を説明しています。 構造の相互接続性は、 必要な条件均一な細胞分布と効率的な組織発芽のため 生体内、活発なガス交換、栄養素の供給、適切な代謝を促進するためです。

ウェブのこの驚くべき特性は長い間知られていました。 で 民間薬そのようなレシピがあります。出血を止めるには、傷や擦り傷にクモの巣を当て、そこから引っかかった昆虫や小さな小枝を注意深く取り除きます。

クモの巣には止血効果があり、傷ついた皮膚の治癒を促進します。 外科医や移植医は、インプラントを縫合および強化するための材料として、また人工臓器を成長させるための足場として使用することができます。 たとえば、クモの巣で作ったメッシュフレームを幹細胞の溶液に浸すと、クモの巣はすぐに根を張り、血管や神経が細胞まで伸びます。 ウェブ自体は最終的には跡形もなく溶解します。 クモの巣を使用すると、現在医療で使用されている多くの材料の特性を大幅に改善できます。 たとえば、巣には静電気が帯電しており、クモが獲物を引き寄せるのに役立ちます。 この帯電ウェブは医療用包帯の一部としても使用できます。 ウェブはマイナスに帯電し、体の損傷した部分はプラスに帯電します。 したがって、創傷がウェブと相互作用すると、電気的バランスが確立され、治癒プロセスにプラスの影響を及ぼします。 クモの巣のある包帯は、傷との静電気相互作用により、微生物を傷から引き出し、包帯自体の中に保持し、微生物の増殖を防ぎます。

ウェブには耐久性に貢献する 3 つの物質が含まれています。 ピロリジン、リン酸水素カリウムそして 硝酸カリウム。 ピロリジンは水を強く吸収します。 この物質はクモの巣の糸が乾燥するのを防ぎます。 リン酸水素カリウムはクモの巣を酸性にし、真菌や細菌の増殖を防ぎます。 pH が低いと、タンパク質が変性します (不溶性になります)。 硝酸カリウムは細菌や真菌の増殖を抑制します。

ウェブ包帯は、創傷滲出液および創傷表面からの微生物の排出を確実にし、病原性微生物叢を抑制し、抗浮腫および抗炎症効果をもたらします。 麻酔薬を染み込ませることで痛みを和らげ、治癒過程が起こるのに最適な条件を作り出します。

Web制作の歴史

クモの巣を含む製品の普及における主な問題は、工業規模での入手が難しいことです。 ヨーロッパでは何百年もの間、人々はクモの糸の養殖場を建設しようとしてきました。 1665 年 3 月、ドイツのメルゼブルク近くの牧草地や柵が信じられないほどの量のクモの巣で覆われ、周囲の村の女性たちがクモの巣からリボンやその他の装飾品を作りました。

1709年、フランス政府は博物学者ルネ・アントワーヌ・ド・レオミュールに、中国絹の代替品を見つけて、クモの巣を使って衣服を作るよう依頼した。 クモの繭から巣を集めて手袋やストッキングを作ろうとしたが、手袋一足を作るにも材料が足りず断念した。 彼は、1 ポンドのクモの糸を得るために 522 ~ 663 匹のクモを処理する必要があると計算しました。 そして、のために 鉱工業生産クモの大群とハエの群れが彼らに餌を与える必要があるが、それはフランス全土を飛ぶよりもはるかに多いだろう。 「しかし、おそらくそのうちに、私たちの州で通常見られるものよりも多くの糸を生産するクモを見つけることができるようになるでしょう。」とレオミュールは書いている。

そのようなクモが見つかりました - 彼らは属のクモでした ジョロウグモ。 最近、彼らの巣から重さ1キロを超えるマントが編まれました。 この素晴らしいクモが生息する場所 - ブラジルとマダガスカル - 地域住民彼らはクモの巣を使って糸、スカーフ、ケープ、網を作り、茂みから卵の繭を集めたり、巻き戻したりします。 場合によっては、箱に入れられたクモから直接糸が引かれることもあります。クモのいぼのある腹部の先端だけがそこから突き出ています。 いぼから水かきの糸が引き出されます。

実験者は、さまざまな方法とさまざまなクモから、たとえば次のような長さの糸を取得しました。1) 22 匹のクモから 2 時間で 5 キロメートル、2) 1 匹のクモから数時間で 450 メートルと 675 メートル、3) 9 メートルで27 日以内に 1 匹のクモが解ける距離 - 3,060 メートル。 カンブエ修道院長はマダガスカルのクモの能力を調査した ゴレバ・プンクタータ: 彼は、小さな引き出しに入った生きたクモを特殊なタイプの織機に直接「接続」するほど、ビジネスを改善しました。 機械はクモから糸を引き出し、すぐに最高級の布地に織り上げました。 蜘蛛 ゴレバ・プンクタータ彼らはフランスとロシアに慣れようとしたが、何も起こらなかった。 ワイドウェブ制作において ジョロウグモメンテナンスのため、ほとんど到着しません ジョロウグモまたは十字架には特別な農場が必要ですが、夏にはロッジアやバルコニーに保管できます。 この何世紀にもわたる問題を解決するには、現代の統合アプローチが必要であり、クモや昆虫にとって自然環境にできるだけ近い最適な条件を作り出す必要があります。

今日のWeb制作

20世紀には、化学殺虫剤や合成繊維の出現により、益虫やクモは忘れ去られました。 しかし、農薬だけでは作物の害虫の問題は解決できません。 保全戦略が策定されました 生物学的多様性これには、自然な害虫駆除のために有益な昆虫やクモを作物システムに組み込むことが含まれます。

今日、ロシアで新たな雇用を創出するには、 新しい戦略単一栽培作物を減らし、脊椎動物だけでなくクモや昆虫を飼育するためのミニ農場を建設する。

これは都市部でも実現できます。 都市部の有機廃棄物の利用問題は今日特に深刻です。 この廃棄物は昆虫の餌として使用できます。 都市にはそれしかない 小さな農場コオロギ、ゴキブリ、ズーバスの成長に。 クモを繁殖させる熱心な飼育員はほんのわずかです。 同時に、これらの動物が主に生息する地下室や屋根裏部屋は、有機廃棄物の処理や昆虫やクモの幼虫の成長にはまったく使用されていません。

新しい農業戦略の目標は、生態学的農業、生物多様性の増加、昆虫やクモの繁殖のための小規模家族農場の建設と運営から収入を生み出すことです。 これらの生物、その毒、巣は輸出用に販売することもできます。

クモの巣を化学的に合成することは不可能です。タンパク質の構造が複雑すぎるからです。 世界の大手企業はすべて、Web を統合する試みを放棄しました。 いくつかの研究室は研究を続けており、酵母、細菌、さらにはヤギからクモの巣を入手しようとしている[4-6]。 これらのアプローチはすべて、非常に複雑な設備と多額の経済的コストを必要とします。 同時に、糸の品質はまったく異なり、強度と抗菌性の点で「オリジナル」に劣ります。 さらに、そのような研究所で生産されるウェブの量は非常に少量です。科学者がピンセットや小さなバイアルに入った爪ほどの大きさの合成ウェブのサンプルをデモンストレーションする様子がテレビで時々放映されます。

巣を集めるために生きたクモも捨てられましたが、このアイデアは何度も提案されました。 いくつかの障害がありました。 まず第一に、クモは喧嘩が多く、共食いをする傾向があります。一緒に飼われていると、これらの動物は喧嘩してお互いを食べます。 さらに、ほとんどのクモは巣をほとんど生成しません。500 グラムの巣を生成するには、2 万 7,000 匹の中型のクモが必要と推定されています。 GPによると キルサノフ氏によれば、クロススパイダーは 24 時間で 230 mg の巣を生成しました。 この属のクモは 14,000 匹 ジョロウグモ約 28 g のウェブが得られます。 他の情報源によると、29 gの巣を得るには約23,000匹のクモが必要です。 この数値の違いは、クモのパフォーマンスに関するデータの確認が必要であることを示唆しています。 どのような種類の「中型」のクモが、場合によっては計量用の巣を作ったかは不明です。

最初に説明されたクモの繁殖に対する障害は、利点に変えることができ、またそうすべきである。クモの共食い傾向は、クモのために互いに隔離された容器の作成を促進し、それによって流行と大量死の両方を防ぐ。 同時に、クモの巣から医療材料や医薬品を生産するには、クモ属以外のクモを使用する必要があります。 ジョロウグモまたは十字架、そして最大の巣の付属物を持つクモ - リノテルメガセロイデス(図2)他 ディプルリ科.


図 2. スパイダー リノテルメガセロイデス、 女性。

研究の結果、著者は、この種のクモが リノテルメガセロイデス毎月 2 g 以上のウェブを生産します。 この目的のために、彼らは長い(20 mm以上)クモ膜付属器を持っています(図3)。 これらの器官には千本以上のマイクロフィラメントがあり、そこから網の糸がフィルムのように現れます。

著者は、火傷防止包帯を作成するためにクモの巣をテストしました (図 4)。 このウェブを火傷に使用した結果、1週間以内に治癒しました。 この場合、追加の包帯や膿の除去は必要ありませんでした。 2週間後には火傷の跡すら残っていませんでした。


図 3. クモ膜付属器 リノテルメガセロイデス顕微鏡の下で。


図 4. 包帯で覆われた火傷。 リノテルメガセロイデス.

専用の容器に植えてあります リノテルメガセロイデス 1時間以内に彼らは作業を開始し、面積1 m 2のコンテナの繊維基材をクモの巣で層ごとに覆います。 2か月後、1匹のクモの巣は人体の表面全体を覆うのに十分です。 この革新的な医療用ウェブ素材は、体表全体の 60% を超える火傷を負った人の命を救う可能性があります。

観察の結果、著者は特別な栄養補助食品のおかげで、子孫と子孫の生存が可能であることを発見しました。 リノテルメガセロイデス 100%です。 これは、「第二の皮膚」を生み出す可能性のある若い人たちを 6 か月で平均した 50 人に相当します。 1匹のメスに餌を与えるには、1週間に2~3匹のゴキブリが必要です。 クモを飼育するための条件は、日光の不在、高湿度(80〜90%)、温度28°C、複雑な栄養、および週に1回の巣の点滴スプレーです。 作成中 有利な条件クモに餌を与え、飼い、世話し、「搾乳」すると、巣の生産量が 2 ~ 3 倍増加します。

クモの巣から包帯や包帯を作る リノテルメガセロイデス

ポリエチレン製容器の底に編んだメッシュベース(例えば含水率80%以上のガーゼ)を置きます。 コンテナには、換気用の穴、湿度および温度センサー、昇降蓋、毛細管ノズル、生きた餌を供給するためのバルブが付いています。 コンテナは垂直に配置され、高さ1.5〜2メートルのブロックを形成します(図5)。


図 5. ハウジング リノテルメガセロイデス. - ニットベースのコンテナに入ったクモ。 b - コンテナ図。 V - コンテナのブロック。

図 6. クモの巣が付いた包帯 リノテルメガセロイデス () およびその滅菌包装 ( b).

月に一度、容器を開け、クモを別の小さなプラスチック容器に入れ、残りの餌を取り除き、巣のある繊維基材にヒアルロン酸とパントテン酸、麻酔薬と防腐剤の溶液をスプレーし、プラスチックで覆う。ストレッチフィルムを丸めて巻き上げます。 次に、ロールとウェブを 10 個の部分に切断し、密封パッケージに入れます (図 6)。 包装されたロールは放射線滅菌のために送られます。 クモは大きな容器に放されます。

この包帯は、ウェブを使用してポリエチレン層を巻き戻して除去することにより、創傷または火傷に適用されます。 ウェブと繊維ベースがリンパ液で飽和すると、ベースが除去され、ウェブの治癒層と呼吸層だけが傷の上に残ります。

人はクモの巣パッチで傷を治した後は、この素晴らしい動物を二度と殺すことはありません。

クモの巣の生産量の増加

図 7. スパイダー ファームの設計 リノテルメガセロイデス.

クモの巣の生産量を増やし、生きた餌(ゴキブリやコオロギ)の病気を排除するために、昆虫は栄養培地の形で栄養補助食品を受け取ります。これは、ペニシリンやストレプトマイシンの生産からの廃棄物の菌糸体バイオマスを含む追加のタンパク質とビタミンの供給源です。ビール酵母の生産から出る廃棄物からの脱水蒸留液も同様です。 栄養培地は +5 °C の温度で最長 2 年間保存されます。 昆虫に餌を与えるには、細かく刻んだニンジンとキャベツを砕いた栄養培地に投入します。 この餌を食べると、ゴキブリやコオロギは病気にならず、急速に成長し、繁殖します。 同時に、クモは巣の生産量を 60% 増加させます。 菌糸体の栄養を利用することで、クモの繁殖を刺激し、最大限の量の巣を得ることができます。 クモの食餌の多様性を高めるための食品添加物を見つける取り組みは今後も続けられる。 クモの巣を収集するための農場を作成するために、クモの巣の仕組みと同様に張力で機能するコーティングを施した直径 12 m の円形テントの形で設計プロジェクトが提案されています (図 7)。

医療用包帯や包帯を作成するこの環境に優しい方法の開発により、クモ科のより生産性の高い雑種を繁殖させる実験が可能になります。 ディプルリ科。 快適な条件下での種内交配、選択、および特別な栄養補給は、クモのサイズを大きくするための遺伝子実験を排除するものではありません。 今のところ、これを行う人は誰もおらず、個人のクモ飼育者の社会では、この話題はタブーです。

菌類や細菌を使って牛乳を生産することは可能ですが、牛がいるのになぜでしょうか? 網の構造は牛乳のタンパク質構造よりもはるかに複雑です。 したがって、蜘蛛の巣の合成類似体の探索はすべて、クモの進化の過程で長引く可能性がある。 遺伝子組み換えと家族による育種作業によって得られた新種 ディプルリ科クモのサイズと衣服生産のための巣の生産性が向上します。 クモの巣をシリコンで処理して、アウター生地を製造することができます。 ユニークな特性。 このような生地の価格はシルクと同じです。

結論

説明された 研究新しいタイプの畜産の基礎を生み出します。 これに基づいて、低コストでクモの巣の生産を大規模化し、商業化することが可能になります。 生体吸収性創傷被覆材の市場需要は 400,000 dm 2 /年です。 このセグメントの市場規模は 1 億 5,000 万ドルと予測されています。

このプロジェクトは、生産量を増やすか、クモの巣生産用のミニ農場を作成することで規模を拡大できます。 複雑な設備は不要 高温, 高圧この技術オプションには有毒物質は必要ありません。 たとえば現在、約 5,000 の農場と 30 万人のアマチュア養蜂家、農家、農業従事者がいます。 個人起業家。 誰もが蜂蜜を使用できるわけではありませんが、医療用包帯やクモの巣が付いたパッチは誰にとっても役立ちます。 テクノロジーが開発され、認定される一方で、私たちはクモを育てて巣を自分で集めたいすべての人に提供できます。 紫外線ランプによる殺菌も可能です。 2平方メートルのウェブを用意するには、メスの入ったコンテナが1つ必要です。 リノテルメガセロイデスそして2ヶ月。 女性 リノテルメガセロイデス 10年生きます。 の上 庭の区画 2 つの部屋を持つ 3 × 6 メートルの断熱スパイダー ベッドを設置できます (図 8)。 1 つは原材料を調達でき、もう 1 つはクモの巣から糸を作り、リネンを織って衣服を縫うことができます。 このようなミニ工場には無駄がありません。


図 8. ミニ栽培農場 リノテルメガセロイデス庭で巣を集めたり、衣服を作ったりしています。

脱皮中にクモが脱ぎ捨てた古い貝殻をポリマー樹脂で満たして、お土産や装飾品を作ることができます。 死んだクモの頭から毒を抽出して医薬品*を製造することができます。 負傷者や病人は新しい薬、つまり天然の「皮膚」を受け取り、誰もがそのようなミニプロダクションを作成できるようになります。

著者は、この知識を誰でも利用できるようにしたいと考えているため、この研究テーマに関する特許や証明書を取得するつもりはありません。

* - そして、これらの薬物 (特に鎮痛剤) には多種多様なものが存在する可能性があります - にも関わらず 特異な「毒」という言葉: 1 匹のクモの毒には、まったく異なる化学的性質を持つ何百もの有毒成分が含まれている可能性があります。 記事 " » . - エド。

文学

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  2. アガポワ O.I.、エフィモフ A.E.、モイセノビッチ M.M.、ボグシュ V.G.、アガポフ I.I. (2015年)。 再生医療のための組換えスピドロインとシルクフィブロインからの多孔質生分解性マトリックスの三次元ナノ構造の比較解析。 ;
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  6. 生体分子: 「偉大な策略家も夢にも思わなかった。」

ほとんどの人はクモが好きではないか、それどころか怖がります。 クモが被害者を捕まえる効果的な罠であるクモの巣を、彼らはこれ以上扱いません。 一方、ウェブは自然の最も完璧な創造物の 1 つであり、多くの驚くべき特性によって区別されます。

当初、ウェブは液体の状態で保存されます。

クモの内部では、ウェブは液体の形で保存されており、グリシン、セリン、アラニンを多く含むタンパク質です。 液体が紡糸管を通って放出されると、液体は即座に固化し、ウェブに変わります。

すべてのウェブが粘着性があるわけではありません

クモが捕獲器内で通常移動する巣の放射状の糸には、粘着物質が含まれていません。 より薄くて軽い捕捉糸がリング状に配置され、粘着性物質の小さな液滴で覆われています。 クモの不注意な犠牲者が固執するのは彼らです。

しかし、何らかの理由でクモが放射状の糸からリング状の糸に切り替えざるを得なくなったとしても、それでもくっつきません。すべては節足動物の脚を覆う毛のせいです。 クモが足で糸を踏むと、毛が粘着性の滴をすべて集めます。 クモが足を上げると、毛の間から滴が再び巣の糸に流れ込みます。

ウェブの強度は光、温度、湿度に影響されます

ウェブの糸を結び付ける接着剤は、条件に応じて粘着力が変化します。 気象条件。 ウェブを乾燥した高温の場所に保管すると、ウェブの強度が低下することが確認されています。 直射日光は糸間の結合をさらに弱め、ウェブの強度をさらに低下させます。

クモは獲物を捕まえるだけではなく、巣を使います。

蜘蛛は、優れた罠を作るだけではなく、巣を使います。 たとえば、いくつかの種は巣を使用して、 交尾ゲーム– メスは長い糸を残し、その後を通り過ぎるオスが目的のゴールに到達します。

クモは巣穴の周りに巣を張ることがよくあります。 糸をロープとして使って降りる人もいます。 クモが高所に住んでいる場合は、落ちたときに引っかかるように、シェルターの下に安全糸を何本か張ることができます。

巣を使用する独自の方法は、 熱帯林アマゾニア。 数本の枝を糸で編んで昆虫のように見せます。 次に、一定の距離を移動すると、クモが糸を引っ張ってダミーを動かし、昆虫の動きを模倣します。 この方法は、クモが捕食者の注意をそらすのに役立ち、敵がダミーを調べている間、節足動物は逃げる機会を得ることができます。

一部の種のクモは巣に電荷を残します。

本当に驚いたのは、ウロボラス・プルミペスという種のクモが、極細の巣を張りながら足で巣をこすり、罠に電気をチャージするというニュースだった。 静電気を帯びた昆虫が巣の横に現れると、捕獲器は瞬時に約 2 m/s の速度で昆虫に引き寄せられます。

驚くほど長いウェブもあります

メスのダーワングモの巣は、最も勇敢な人でも怖がらせることがあります。その狩猟範囲は 28,000 平方センチメートルに達し、糸の長さは 28 メートルに達するものもあります。


川に伸びるダーウィンの蜘蛛の糸

同時に、このようなウェブの締結糸は耐久性が高く、たとえば、防弾チョッキの補強部品として使用される素材であるケブラーよりも 10 倍強力です。

一部のクモは水中でも巣を張ることができます

私たちは水中に長時間留まることができるシルバーバックグモについて話しています。 水に浸すと、腹部の毛の間に気泡が残り、クモは水中で呼吸するためにそれを使用します。