Как долго сохраняются свойства паутины при хранении. Практическая польза от паутины. Состав паутины паука

Кандидат физико-математических наук Е. Лозовская

Наука и жизнь // Иллюстрации

Клейкое вещество, покрывающее нить ловчей спирали, равномерно распределяется по паутине в виде капелек-бусинок. На снимке показано место присоединения двух фрагментов ловчей спирали к радиусу.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Начальные этапы построения ловчей сети пауком-крестовиком.

Логарифмическая спираль приближенно описывает форму вспомогательной спиральной нити, которую прокладывает паук при строительстве колесовидной ловчей сети.

Спираль Архимеда описывает форму клейкой ловчей нити.

Зигзагообразные нити - одна из особенностей тенет пауков рода Argiope.

Кристаллические области шелкового волокна имеют складчатую структуру, наподобие той, что изображена на рисунке. Отдельные цепи соединены водородными связями.

Юные паучки-крестовики, только что выбравшиеся из паутинного кокона.

Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут сетку из паутины между своих ног и затем набрасывают ее на жертву.

Паук-крестовик (Araneus diadematus) известен своим умением плести большие колесовидные ловчие сети.

Некоторые виды пауков пристраивают к круглой ловушке еще и длинную "лестницу", которая существенно повышает эффективность охоты.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Так выглядят под микроскопом паутинные трубочки, из которых выходят нити паутинного шелка.

Возможно, пауки - не самые привлекательные создания, но их творение - паутина - не может не вызывать восхищения. Вспомните, как завораживает взгляд геометрическая правильность переливающихся на солнце тончайших нитей, растянутых между ветвями кустарника или среди высокой травы.

Пауки - одни из древнейших обитателей нашей планеты, заселившие сушу более 200 миллионов лет назад. В природе насчитывается около 35 тысяч видов пауков. Эти восьминогие существа, обитающие повсеместно, узнаваемы всегда и всюду, несмотря на различия в окраске и размерах. Но самая главная их отличительная особенность - это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно.

Пауки используют паутину для самых разных целей. Они делают из нее коконы для яиц, строят убежища для зимовки, используют в качестве "страховочного каната" при прыжках, плетут замысловатые ловчие сети и заворачивают пойманную добычу. Готовая к спариванию самка производит паутинную нить, помеченную феромонами, благодаря чему самец, двигаясь вдоль нити, легко находит партнершу. Молодые пауки некоторых видов улетают из родительского гнезда на длинных нитях, подхваченных ветром.

Питаются пауки в основном насекомыми. Ловчие приспособления, которыми они пользуются для добывания пищи, бывают самых разных форм и видов. Некоторые пауки просто протягивают несколько сигнальных нитей рядом со своим убежищем и, как только насекомое задевает за нить, бросаются на него из засады. Другие - выбрасывают нить с клейкой каплей на конце вперед, как своеобразный аркан. Но вершина конструкторской деятельности пауков - это все-таки круглые колесовидные тенета, расположенные горизонтально или вертикально.

Чтобы построить колесовидную ловчую сеть, паук-крестовик, обычный обитатель наших лесов и садов, выпускает довольно длинную прочную нить. Ветерок или восходящий поток воздуха поднимает нить вверх, и, если место для постройки паутины выбрано удачно, она цепляется за ближайшую ветку или другую опору. Паук проползает по ней, чтобы закрепить конец, иногда прокладывая для прочности еще одну нить. Затем он выпускает свободно свисающую нить и к ее середине прикрепляет третью, так что получается конструкция в форме буквы Y - первые три радиуса из более чем полусотни. Когда радиальные нити и рама готовы, паук возвращается в центр и начинает прокладывать временную вспомогательную спираль - что-то вроде "строительных лесов". Вспомогательная спираль скрепляет конструкцию и служит пауку дорожкой при построении ловчей спирали. Весь основной каркас сети, включая радиусы, делается из неклейкой нити, а вот для ловчей спирали используется двойная нить, покрытая клеящим веществом.

Удивительно то, что эти две спирали имеют разную геометрическую форму. Временная спираль имеет относительно мало витков, и расстояние между ними с каждым витком увеличивается. Происходит это потому, что, прокладывая ее, паук движется под одинаковым углом к радиусам. Форма получившейся ломаной линии близка к так называемой логарифмической спирали.

Липкая ловчая спираль строится по другому принципу. Паук начинает с края и продвигается к центру, сохраняя одинаковое расстояние между витками, и получается спираль Архимеда. При этом он обкусывает нити вспомогательной спирали.

Паутинный шелк производится особыми железами, расположенными в задней части брюшка паука. Известно по крайней мере семь типов паутинных желез, производящих разные нити, но ни у одного из известных видов пауков не встречаются все семь типов сразу. Обычно у паука от одной до четырех пар этих желез. Плетение паутины дело не быстрое, и на построение ловчей сети среднего размера уходит примерно полчаса. Чтобы переключиться на производство паутины другого вида (для ловчей спирали), пауку требуется минутная передышка. Пауки часто используют паутину повторно, съедая остатки ловчей сети, поврежденной дождем, ветром или насекомыми. Паутина переваривается в их организме с помощью специальных ферментов.

Структура паутинного шелка идеально отработана за сотни миллионов лет эволюции. Этот природный материал сочетает в себе два чудесных свойства - прочность и эластичность. Сеть из паутины способна остановить насекомое, летящее на полной скорости. Нить, из которой пауки плетут основу своей ловчей сети, тоньше человеческого волоса, а ее удельная (то есть пересчитанная на единицу массы) прочность на разрыв выше, чем у стали. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутинный шелк в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее.

Подобно человеческому волосу, шерсти овцы и шелку коконов гусеницы шелкопряда, паутина состоит в основном из белков. По аминокислотному составу белки паутины - спидроины - относительно близки к фиброинам, белкам, из которых состоит шелк, вырабатываемый гусеницами шелкопряда. И те и другие содержат необычно много аминокислот аланина (25%) и глицина (около 40%). Участки белковых молекул, богатые аланином, образуют плотно упакованные в складки кристаллические области, обеспечивающие высокую прочность, а те участки, где больше глицина, представляют собой более аморфный материал, способный хорошо растягиваться и тем самым придающий нити эластичность.

Как же образуется такая нить? На этот вопрос пока нет полного и ясного ответа. Наиболее подробно процесс прядения паутины был изучен на примере ампуловидной железы паука-кругопря да Nephila clavipes. Ампуловидная железа, производящая самый прочный шелк, состоит из трех основных отделов: центрального мешочка, очень длинного изогнутого канала и трубочки с выходным отверстием. Из клеток на внутренней поверхности мешочка выходят маленькие сферические капельки, содержащие молекулы белка спидроина двух типов. Этот вязкий раствор перетекает в хвостовую часть мешочка, где другие клетки выделяют белки другого типа - гликопротеины. Благодаря гликопротеинам образующееся волокно приобретает жидкокристаллическую структуру. Жидкие кристаллы замечательны тем, что, с одной стороны, они имеют высокую степень упорядоченности, а с другой - сохраняют текучесть. Пока густая масса движется к выходному отверстию, длинные молекулы белков ориентируются и выстраиваются параллельно друг другу в направлении оси формирующегося волокна. При этом между ними образуются межмолекулярные водородные связи.

Человечество скопировало многие из конструкторских находок природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью биотехнологических приемов. Первым шагом стало выделение генов, ответственных за производство белков, из которых состоит паутина. Эти гены были внедрены в клетки бактерий и дрожжей (см. "Наука и жизнь" № 2, 2001 г.). Канадские генетики пошли еще дальше - они вывели генетически модифицированных коз, молоко которых содержит растворенные белки паутины. Но проблема не только в том, чтобы получить белок паутинного шелка, необходимо смоделировать природный процесс прядения. А этот урок природы ученым еще предстоит выучить.

Паук (лат. Araneae) относится к типу членистоногие, классу паукообразные, отряду пауки. Их первые представители появились на планете приблизительно 400 миллионов лет назад.

Паук – описание, характеристики и фотографии.

Тело паукообразных состоит из двух частей:

• Головогрудь, покрытая панцирем из хитина, с четырьмя парами длинных суставчатых ног. Кроме них здесь расположена пара ногощупалец (педипальп), используемых половозрелыми особями для спаривания, и пара коротких конечностей с ядовитыми крючками – хелицерами. Они являются частью ротового аппарата. Количество глаз у пауков колеблется от 2 до 8.
• Брюшко с расположенными на нем дыхательными отверстиями и шестью паутинными бородавками для плетения паутины.

Размер пауков в зависимости от вида колеблется от 0,4 мм до 10 см, а размах конечностей может превышать 25 см.

Окраска и рисунок на особях разного вида зависят от структурного строения покровов чешуек и волосков, а также наличия и локализации различных пигментов. Поэтому пауки могут иметь как тусклый одноцветный, так и яркий окрас различных оттенков.

Виды пауков, названия и фотографии.

Учеными описано более 42 000 видов пауков. На территории стран СНГ известны около 2900 разновидностей. Рассмотрим несколько разновидностей:

Птицеед сине-зеленый (лат. Chromatopelma cyaneopubescens) – один из самых эффектных и красивых по окрасу пауков. Брюшко у птицееда красно-оранжевое, конечности ярко-синие, карапас зеленый. Размеры птицееда составляют 6-7 см, в размахе лапок до 15 см. Родиной паука является Венесуэла, но встречается этот паук в странах Азии и на Африканском континенте. Несмотря на принадлежность к птицеедам, данный вид пауков не кусается, а лишь мечет специальные волоски, расположенные на брюшке, да и то в случае сильной опасности. Для человека волоски не опасны, но вызывают небольшие ожоги на коже, по воздействию напоминающие ожог крапивы. Удивительно, но самки хроматопельмы являются долгожителями по сравнению с самцами: продолжительность жизни самки паука составляет 10-12 лет, тогда как особи мужского пола живут всего 2-3 года.

Цветочный паук (лат. Misumena vatia) относится к семейству пауков-бокоходов (Thomisidae). Окраска варьируется от абсолютно белого цвета до ярко-лимонного, розового или зеленоватого. Пауки самцы маленькие, длиной 4-5 мм, самки достигают размеров в 1-1,2 см. Вид цветочных пауков распространен по всей европейской территории (исключая Исландию), встречается в США, Японии, на Аляске. Паук обитает на открытой местности, с обилием цветущего разнотравья, так как питается соками пойманных в свои «объятия» и .

Граммостола пульхра (лат. Grammostola Pulchra) – разновидность , который в естественной среде обитает лишь в Уругвае и в южных областях Бразилии. Довольно массивный паук, достигающий размеров 8-11 см, с темной окраской и характерным «металлическим» блеском волосков. В природе предпочитает жить среди корней растений, а вот собственные норки практически никогда не роет. Часто пульхра становится домашним любимчиком у ценителей экзотичных питомцев.

Аргиопа Брюнниха или паук-оса (лат. Argiope bruennichi) – паук с необычной окраской тельца и конечностей – в желто-черно-белую полосочку, за что и получил название. Правда, самцы паука-осы не такие яркие, да и в размерах уступают самкам: «барышни» достигают величины в 2,5 см, а вместе с лапками – 4 см, а вот самец редко вырастает более 7 мм в длину. Вид широко распространен в Европе, в Азии и на юге России, на территории Поволжья и в Северной Африке. Паук аргиопа обитает на лугах с изобилием травы, на опушках леса. Паутина аргиопы очень прочная, поэтому ее сложно порвать, она лишь растянется под давлением.

Охотник каемчатый (лат. Dolomedes fimbriatus) широко распространен на евразийском континенте и встречается вдоль берегов водоемов со стоячей или очень медленно текущей водой. Часто селится на заболоченных лугах, в тенистых лесах или садах с высокой влажностью. Длина тела самки каемчатого охотника варьируется от 14 до 22 мм, самец мельче и редко бывает крупнее 13 мм. Окраска пауков этого вида обычно желтовато-коричневая либо почти черная, по бокам брюшка проходят светло-желтые или белые полоски.

(лат. Lycosa tarantula) - вид пауков, принадлежащих к семейству пауков-волков (лат. Lycosidae). Обитает на просторах Южной Европы: часто встречается в Италии и Испании, роет норы полуметровой глубины в Португалии. Размеры тарантула внушительные – до 7 см в длину, особи обычно окрашены в рыжие, реже – в коричневые тона, на тельце имеется несколько поперечных полосок светлого цвета и одна продольная.

Шипастый паук-кругопряд или «рогатый паук» (лат. Gasteracantha cancriformis) распространен в тропиках и субтропиках, в южной части США, в Центральной Америке, на Филиппинах, в Австралии. Размер самки составляет 5-9 мм, ширина достигает 10-13 мм. Самцы имеют длину 2-3 мм. Лапки шипастого паука короткие, а по краям брюшка находятся 6 шипов. Окраска паука очень яркая: белая, желтая, красная, черная. На брюшке находится рисунок из черных точек.

Павлиний паук (лат. Maratus volans). В окрасе этого паука встречаются всевозможные цвета: красный, синий, голубой, зеленый, желтый. Расцветка самок более бледная. Взрослая особь достигает размеров 4-5 мм. Своим красивым нарядом самцы привлекают самок. Павлиний паук обитает в Австралии – в Квинсленде и Новом Южном Уэльсе.

Улыбающийся паук (лат. Theridion grallator) или паук со счастливым лицом совершенно безвреден для человека. Обитает этот необычный паук на Гавайских островах. Длина его тела составляет 5 мм. Окраска паучка может быть разнообразной – бледной, желтой, оранжевой, голубой. Питается этот вид мелкими , а яркая окраска особи помогает сбивать с толку врагов, в особенности птиц.

Черная вдова (лат. Latrodectus mactans) – это очень опасный и ядовитый вид пауков. Обитает в Австралии, Северной Америке, а также встречается в России. Размеры самок достигают 1 см, самцы значительно меньше. Тело черной вдовы имеет черный окрас, а на брюшке расположено характерное красное пятно в виде песочных часов. Самцы имеют коричневую окраску с белыми полосками. Укус смертельно опасен.

Каракурт (лат. Latrodectus tredecimguttatus) – это вид смертельно ядовитых пауков из рода черные вдовы. Самка каракурта имеет размеры 10-20 мм, самец гораздо мельче и имеет размер 4-7 мм. На брюшке этого страшного паука расположено 13 красных пятнышек. У некоторых разновидностей пятна имеют окаймления. Некоторые половозрелые особи лишены пятен и имеют полностью черное блестящее тельце. Обитает в Киргизии, в Астраханской области, в странах Средней Азии, на юге России, Украины, в Причерноморье и Приазовье, на юге Европы, в Северной Африке. Также каракурт был замечен в Саратовской области, Волгоградской области, Оренбургской области, Курганской области, на юге Урала.

Пауки обитают повсеместно и распространены во всех уголках земного шара. Не живут они только в районах, где поверхность земли круглый год скрыта под ледяным панцирем. Число видов в странах с влажным и жарким климатом больше, чем в умеренном или холодном. За исключение нескольких видов, пауки являются наземными жителями и обитают в построенных гнездах или норках, проявляя активность ночью.

Пауки-птицееды и другие виды мигаломорфных пауков живут в кронах экваториальных деревьев и кустарников. «Засухоустойчивые» виды пауков предпочитают норы, расщелины грунта и любые укрытия на уровне земли. Например, пауки-землекопы (атипичные тарантулы) обитают колониями, расселенными по индивидуальным норкам, расположенным на глубине до 50 см. Некоторые виды мигаломорфных пауков закрывают свои норы специальными заслонками, сделанными из почвы, растительности и шелка.

Пауки-бокоходы (пауки-крабы) большую часть жизни проводят сидя на цветах в ожидании добычи, хотя некоторых представителей семейства можно встретить на коре деревьев или лесной подстилке.

Представители семейства воронковых пауков располагают свою паутину на высокой траве и ветвях кустарников.

Пауки-волки предпочитают сырые, травянистые луга и заболоченную лесистую местность, где во множестве встречаются среди опавшей листвы.

Водяной (серебряный) паук строит гнездо под водой, прикрепляя его с помощью паутинок к различным донным предметам. Свое гнездо он наполняет кислородом и использует в качестве водолазного колокола.

Чем питаются пауки?

Пауки – довольно оригинальные существа, которые очень интересно питаются. Некоторые виды пауков могут не есть длительное время – от недели до месяца и даже года, но уж если начнут, то мало что останется. Интересно, что вес пищи, которую могут съесть все пауки в течение года, составляет в несколько раз больше, чем масса всего населения, проживающего в наше время на планете.
Как и что едят пауки? В зависимости от вида и размера пауки добывают пищу и питаются по-разному. Одни пауки плетут паутину, тем самым организуя хитроумные ловушки, которые насекомым очень сложно заметить. В пойманную добычу впрыскивается пищеварительный сок, разъедающий ее изнутри. Через некоторое время «охотник» втягивает в желудок образовавшийся «коктейль». Другие пауки во время охоты «плюются» клейкой слюной, тем самым притягивая к себе добычу.жуков и прямокрылых, а некоторые виды способны затащить к себе в жилище или дождевого червя и там спокойно их съесть.
Паук-королева охотится только ночью, создавая клейкую приманку-паутинку для неосторожных мотыльков. Замечая рядом с приманкой насекомое, королева-пряха своими лапками быстро раскачивает нить, тем самым привлекая внимание жертвы. Мотылек с радостью вьется вокруг такой приманки, а коснувшись ее, сразу же остается на ней висеть. В результате паук может спокойно его к себе притянуть и наслаждаться добычей.

Большие тропические пауки-птицееды с удовольствием охотятся на мелких лягушек

Водяные виды пауков добывают себе пищу из воды, вылавливая себе при помощи паутины головастиков, небольшую рыбу или мошек, плавающих на поверхности воды. Некоторые пауки, которые являются хищниками, ввиду отсутствия жертв могут насытиться и растительной пищей, к которой можно отнести пыльцу или листья растений. Пауки-сенокосцы предпочитают зерна злаков.

Судя по многочисленным заметкам ученых, огромное количество пауков уничтожает мелких грызунов и насекомых в несколько раз больше, нежели животные, обитающие на планете.

вернуться к содержанию

Как паук плетет паутину?

В задней части брюшка паука располагается от 1 до 4 пар паутинных желез (паутинных бородавок), из которых выделяется тонкая ниточка паутины. Это особый секрет, который в наше время многие называют жидким шелком. Выходя наружу из тонких прядильных трубочек, он твердеет на воздухе, а получившаяся в результате ниточка оказывается такой тонкой, что ее довольно сложно увидеть невооруженным глазом.

Для того чтобы сплести паутину, паук растопыривает свои прядильные органы, после чего дожидается легкого ветерка, чтобы спряденная паутинка зацепилась на близлежащей опоре. После того как это произойдет, он перемещается по вновь созданному мостику спиной вниз и начинает плести радиальную нить. Когда будет создана основа, паук двигается по кругу, вплетая в свое «изделие» поперечные тонкие нити, которые достаточно липкие.

Стоит отметить, что пауки – довольно экономные существа, поэтому испорченную или старую паутину они поглощают, после чего вторично ее используют. А старой паутина становится очень быстро, так как паук плетет ее почти каждый день.

Паутина является своеобразным секретом, вырабатываемым паутинными железами. Такой секрет через незначительное время после выделения, способен застывать в форме крепких белковых нитей. Паутину выделяют не только пауки, но и некоторые другие представители из группы паукообразных, включая ложноскорпионов и клещей, а также губоногие многоножки.

Как пауки производят паутину

Большое количество паутинных желез располагается в брюшной полости паука . Протоки таких желез открываются в мельчайшие прядильные трубочки, имеющие выход на концевую часть специальных паутинных бородавок. Количество прядильных трубочек может варьироваться в зависимости от вида паука. К примеру, очень распространённый паук-крестовик имеет их пять сотен.

Это интересно! 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.

Процесс прядения паутины заключается в прижимании паутинных бородавок к субстрату. Первая, незначительная часть выделившегося секрета застывает и надёжно приклеивается к субстрату, после чего паук вытягивает вязкий секрет с помощью задних ног. В процессе удаления паука от места прикрепления паутины, белковый секрет растягивается и быстро затвердевает. На сегодняшний день известно и достаточно хорошо изучено семь разных видов паутинных желез, которыми производятся разные типы нитей.

Состав и свойства паутины

Паутина паука является белковым соединением, в состав которого также входят глицин, аланин и серин. Внутренняя часть образуемых нитей представлена жесткими белковыми кристаллами, размер которых не превышает несколько нанометров. Кристаллы объединяются при помощи очень эластичных белковых связок.

Это интересно! Необычным свойством паутины является её внутренняя шарнирность. При подвешивании на паутинное волокно, любой предмет можно неограниченное количество раз вращать, без образования перекручивания.

Первичные нити переплетаются пауком и становятся более толстым паутинным волокном . Показатели прочности паутины приближены к аналогичным параметрам нейлона, но значительно прочнее, чем секрет тутового шелкопряда. В зависимости от того, с какой целью предполагается использовать паутину, пауком может выделяться не только липкая, но также и сухая нить, толщина которой значительно варьируется.

Функции паутины и ее назначение

Паутина используется пауками в самых разных целях. Сотканное из прочной и надёжной паутины убежище позволяет создавать для членистоногих наиболее благоприятные микроклиматические условия, а также служит хорошим укрытием, как от непогоды, так и от многочисленных природных врагов. Многие членистоногие паукообразные способны оплетать своей паутиной стенки своей норки или делать из неё своеобразную дверку в жилище.

Это интересно! Некоторые виды используют паутину в виде транспорта, а молодые паучки покидают родительское гнездо на длинных паутинных нитях, которые подхватываются ветром и переносятся на значительные расстояния.

Наиболее часто пауки используют паутину для плетения липких ловчих сетей, что позволяет эффективно ловить добычу и обеспечивать членистоногому питание. Не менее известны так называемые яйцевые коконы из паутины, внутри которых появляются молодые паучки . Некоторые виды плетут паутинные страховочные нити, защищающие членистоногое от падения в процессе прыжка и для перемещения или ловли добычи.

Паутина для размножения

Для периода размножения характерно выделение самкой паутинных нитей, которые позволяют найти оптимальную пару для спаривания. Например, самцы-тенетники способны сооружать рядом с сетями, созданными самками, миниатюрные по размерам брачные паутинные кружева, в которые и заманиваются паучихи.

Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Нанося по паутине сильные удары конечностями, самцы вызывают колебания сети и, таким необычным образом, приглашают самок на спаривание.

Паутина для ловли добычи

С целью поимки своей добычи многие виды пауков плетут специальные ловчие сети, но для некоторых видов характерно использование своеобразных паутинных арканов и нитей. Пауки, которые скрываются в жилищах-норах, расставляют сигнальные нити, которые тянутся от брюшка членистоногого до самого входа в его убежище. При попадании добычи в ловушку, колебание сигнальной нити моментально передаётся пауку.

Липкие ловчие сети-спирали строятся немного по другому принципу . При её создании паук начинает плетение с края и постепенно продвигается к центральной части. В этом случае обязательно сохраняется одинаковый промежуток между всеми витками, в результате чего получается так называемая «спираль Архимеда». Нити на вспомогательной спирали специально обкусываются пауком.

Паутина для страховки

Пауками-скакунчиками используются паутинные нити в качестве страховки при нападении на жертву. Пауками прикрепляется страховочная нить паутины к любому предмету, после чего членистоногое прыгает на намеченную добычу. Эта же нить, прикрепленная к субстрату, используется для ночлега и страхует членистоногое от нападения всевозможных природных врагов.

Это интересно! Южнорусские тарантулы, покидая своё жилище-нору, тянут за собой тончайшую паутинную нить, что позволяет быстро найти при необходимости обратную дорогу или вход в убежище.

Паутина как транспорт

К осени некоторые виды пауков выводят молодь. Выжившие в процессе взросления молодые паучки стараются взбираться как можно выше, используя с этой целью деревья, высокорослые кустарники, крыши домов и другие строения, заборы. Дождавшись достаточно сильного ветра, маленький паучок выпускает тонкую и длинную паутинку.

От длины такой транспортной паутины напрямую зависит расстояние перемещения. Дождавшись хорошего натяжения паутинки, паук откусывает её конец, и очень быстро взлетает. Как правило, «путешественники» способны пролететь на паутине несколько километров.

Пауками-серебрянками паутина применяется в качестве водного транспорта. Для охоты в водоёмах этому пауку требуется дыхание атмосферным воздухом. При спуске на дно, членистоногое способно захватывать порцию воздуха, а на водных растениях из паутины сооружается своеобразный воздушный колокол, который удерживает воздух и позволяет пауку охотиться на свою добычу.

Обратите внимание!

От редакции

«Биомолекула» высоко ценит любознательность и интерес к изобретательству. Ужевторой раз в конкурсе «био/мол/текст» изобретатель Юрий Шевнин делится с аудиторией нашего портала своими идеями и находками. Редакции импонирует творческий подход автора и желание делиться знаниями с окружающими, однако необходимо иметь в виду, что данная статья не является строгим научным исследованием, и описываемые в ней новые медицинские повязки еще требуют проверки на возможность применения в клинической практике.

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни ». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon .

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science .

Я вошел в следующую комнату, где стены и потолок были сплошь затянуты паутиной, за исключением узкого прохода для изобретателя. Едва я показался в дверях, как последний громко закричал, чтобы я был осторожнее и не порвал его паутины. Он стал жаловаться на роковую ошибку, которую совершал до сих пор мир, пользуясь работой шелковичных червей, тогда как у нас всегда под рукой множество насекомых, бесконечно превосходящих упомянутых червей, ибо они одарены качествами не только прядильщиков, но и ткачей. Далее изобретатель указал, что утилизация пауков совершенно избавит от расходов на окраску тканей, и я вполне убедился в этом, когда он показал нам множество красивых разноцветных мух, которыми кормил пауков и цвет которых, по его уверениям, необходимо должен передаваться изготовленной пауком пряже. И так как у него были мухи всех цветов, то он надеялся удовлетворить вкусам каждого, как только ему удастся найти для мух подходящую пищу в виде камеди, масла и других клейких веществ и придать, таким образом, большую плотность и прочность нитям паутины.

Д. Свифт

Путешествия Гулливера. Путешествие в Лапуту (1725 год)

Медицинские повязки из паутины

В связи с тем, что донорство является дорогим, имеющим большое количество ограничений направлением медицины, ученые и врачи всего мира трудятся над разработкой альтернативных методов восстановления повреждений организма человека. В то же время широкое распространение лекарственно устойчивых форм микроорганизмов, наличие у антибиотиков и химиопрепаратов токсических, аллергенных и других побочных свойств диктуют необходимость поиска новых нетоксичных препаратов с антимикробным действием и стимулирующим влиянием на восстановительные процессы. Подобными свойствами можно наделить, например, противоожоговые повязки и бинты. Ожоги - одно из самых распространенных в мире травматических поражений. В России каждый год регистрируется более 600 тыс. ожогов. По количеству смертельных исходов ожоги уступают только травмам, полученным в автомобильных авариях.

Автору представляется перспективным получение противоожоговых повязок и перевязочного материала из паутины . Шелк - более доступный материал, и его производство уже существует. Однако паутина из-за особой топологии молекул и структуры в целом имеет большие перспективы для медицинских повязок и матриксов в скаффолд-технологии * (scaffold-technology , от англ. scaffold - леса, подмостки) - культивировании клеток на трехмерных подложках естественного или искусственного происхождения с целью пространственного формирования выращиваемого органа или его фрагмента (рис. 1).

* - Про некоторые другие замечательные свойства паутины «Биомолекула» рассказывала ранее: «„Умный“ клей из паутины » . - Ред.

Рисунок 1. Паутина Linothele megatheloides под микроскопом

По данным электронной микроскопии, матриксы из фиброина шелка и рекомбинантного спидроина (белка паутины) различаются параметрами пор. Стенки пор в матриксах из фиброина имеют более однородную структуру с чешуйчатой шероховатой поверхностью, в то время как матриксы из спидроина обладают более рыхлой конструкцией с перфорированной поверхностью. Внутренняя нанопористая структура матрикса из рекомбинантного спидроина объясняет его способность формировать более благоприятную микросреду для регенерации тканей в организме. Взаимосвязанность структур является необходимым условием для равномерного клеточного распределения и эффективного прорастания ткани in vivo , так как способствует активному газообмену, доставке питательных веществ и правильному метаболизму .

Об этом удивительном свойстве паутины было известно давно. В народной медицине есть такой рецепт: к ране или ссадине, чтобы остановить кровь, можно приложить паутину, аккуратно очистив ее от застрявших насекомых и мелких веточек.

Паутина обладает кровоостанавливающим действием и ускоряет заживление поврежденной кожи. Хирурги и трансплантологи могли бы использовать ее в качестве материала для наложения швов и укрепления имплантатов, а также как каркас-основу для выращивания искусственных органов. Например, если пропитать раствором стволовых клеток сетчатый каркас из паутины, они быстро приживутся на нём, к клеткам протянутся сосуды и нервы. Сама же паутина со временем бесследно рассосется. С помощью паутины можно существенно улучшить свойства множества материалов, которые в настоящее время применяются в медицине. Например, паутина имеет электростатический заряд, который помогает паукам притягивать добычу. Эту заряженность паутины можно использовать и в составе медицинских повязок. Паутина заряжена отрицательно, а поврежденный участок тела - положительно. Таким образом, при взаимодействии раны с паутиной устанавливается электробаланс, что положительно сказывается на процессе заживления. Повязки с паутиной за счет электростатического взаимодействия с раной вытягивают из нее микроорганизмы и удерживают их внутри самой повязки, не давая размножаться.

В состав паутины входят три вещества, которые способствуют ее долговечности: пирролидин, гидрофосфат калия и нитрат калия . Пирролидин сильно впитывает воду; это вещество предотвращает засыхание нитей паутины. Гидрофосфат калия делает паутину кислотной и предотвращает грибковый и бактериальный рост. Низкий рН вызывает денатурацию белков (делает их нерастворимыми). Нитрат калия сдерживает рост бактерий и грибков.

Повязка из паутины обеспечивает отток раневого экссудата и микроорганизмов от поверхности раны, угнетает патогенную микрофлору, оказывает противоотёчное и противовоспалительное действия. Пропитанная анестетиком, она еще и обезболит, создав оптимальные условия для протекания процессов заживления.

История производства паутины

Главная проблема для широкого применения продуктов, содержащих паутину - сложность ее получения в промышленных масштабах. На протяжении сотен лет в Европе люди пытались построить фермы для получения паучьего шелка. В марте 1665 года луга и заборы вблизи немецкого Мерзебурга покрылись неимоверным количеством паутины каких-то пауков, и из нее женщины окрестных селений делали себе ленты и прочие украшения.

В 1709 году Правительство Франции попросило естествоиспытателя Рене Антуана де Реомюра найти замену китайскому шелку и попытаться применить паутину для изготовления одежды. Он собрал паутину из паучьих коконов и пробовал смастерить перчатки и чулки, но через некоторое время отказался от этой затеи из-за недостатка материала даже для того, чтобы произвести одну пару перчаток. Он подсчитал: надобно обработать 522–663 паука, чтобы получить один фунт паутинного шелка. А для промышленного производства потребуются полчища пауков и тучи мух для их пропитания - больше, чем летает над всей Францией.«Однако, - писал Реомюр, - может быть, со временем удастся найти пауков, которые дают больше шелка, чем те, какие обычно встречаются в нашем государстве».

Таких пауков нашли - это были пауки рода Nephila . Недавно из их паутины соткали накидку весом более килограмма . Там, где обитают эти замечательные пауки - в Бразилии и на Мадагаскаре, - местные жители используют паутину для изготовления пряжи, платков, накидок и сачков, собирая с кустов или разматывая яйцевые коконы. Иногда нить тянут прямо из паука, которого сажают в коробочку - из нее торчит лишь кончик его брюшка с паутинными бородавками. Из бородавок и вытягивают нити паутины.

Разными методами и от разных пауков экспериментаторы получали, например, нити такой длины: 1) за два часа от 22 пауков - пять километров, 2) за несколько часов от одного паука - 450 и 675 метров, 3) за девять «размоток» одного паука в течение 27 дней - 3060 метров. Аббат Камбуэ исследовал возможности мадагаскарского паука Goleba punctata : он так усовершенствовал свое дело, что живых пауков в маленьких выдвижных ящичках «подключал» прямо к ткацкому станку особого образца. Станок тянул из пауков нити и тут же ткал из них тончайшую ткань. Пауков Goleba punctata пробовали акклиматизировать во Франции и в России, но из этого ничего не вышло. В широкое производство паутина Nephila едва ли когда-нибудь поступит: для содержания Nephila или крестовиков нужны специальные фермы, хотя летом их можно содержать на лоджии или балконе. Для решения этой многовековой задачи необходим современный комплексный подход и создание паукам и насекомым оптимальных условий, максимально приближенных к природным.

Производство паутины сегодня

В 20 веке, с появлением химических пестицидов и синтетических тканей, о полезных насекомых и пауках забыли. Однако только лишь пестициды не решили проблему вредителей сельскохозяйственных культур. Была разработана стратегия сохранения биологического разнообразия, предусматривающая интеграцию полезных насекомых и пауков в систему сельскохозяйственных культур для природной борьбы с вредителями.

Сегодня для создания новых рабочих мест в России требуется новая стратегия по сокращению посевов монокультур и строительство мини-ферм не только для выращивания позвоночных животных, но и для выращивания пауков и насекомых.

Это можно делать и в городах. Проблема использования органических отходов городов сегодня стоит особенно остро. Эти отходы можно использовать для питания насекомых. В городах есть лишь небольшие фермы по выращиванию сверчков, тараканов и зофобаса . Пауков разводят лишь немногие энтузиасты-киперы. В то же время подвалы и чердаки, где в основном и обитают эти животные, для утилизации органических отходов и для выращивания личинок насекомых и пауков никак не используются.

Цели новой сельскохозяйственной стратегии - экологический способ хозяйствования, увеличение биоразнообразия и получение дохода от строительства и эксплуатации небольших семейных ферм для разведения насекомых и пауков. Эти организмы, их яд и паутина могут продаваться и на экспорт.

Синтезировать паутину химическим путем невозможно - слишком сложное строение белков. От попыток синтеза паутины отказались все ведущие фирмы мира. Несколько лабораторий продолжают работу и пытаются получить паутину из дрожжей, бактерий и даже коз [4–6 ]. Все эти подходы требуют очень сложного оборудования и больших финансовых затрат. При этом нити у них получаются совсем другого качества, уступая «оригиналу» по прочности и антибактериальным свойствам. Кроме того, объемы паутины, изготовленной в таких лабораториях, очень скромные: по телевизору иногда показывают ученых, демонстрирующих образцы синтетической паутины размером с ноготь в пинцете или в небольшом пузырьке.

Для сбора паутины от живых пауков тоже отказались, хотя эту идею предлагали неоднократно. Препятствий оказалось несколько. Прежде всего, мешает неуживчивость пауков и склонность к каннибализму: при совместном содержании эти животные враждуют и поедают друг друга. Кроме того, большинство пауков выделяет очень мало паутины: подсчитано, что для производства 500 граммов паутины потребуется 27 тыс. пауков среднего размера ; по данным Г.П. Кирсанова, пауки-крестовики за 24 часа продуцировали 230 мг паутины . Четырнадцать тысяч пауков рода Nephila дают примерно 28 г паутины . По другим данным, для получения 29 г паутины, требуется около 23 тыс. пауков . Такая разница в цифрах говорит о том, что данные о производительности пауков требуют подтверждения. Неизвестно, пауки какого вида и «среднего размера» вырабатывали паутину для взвешивания в том или ином случае.

Первое описанное препятствие для разведения пауков можно и нужно превратить во благо: склонность пауков к каннибализму подталкивает к созданию для них изолированных друг от друга контейнеров, тем самым предотвращая и эпидемии, и массовую смертность. При этом для изготовления медицинских материалов и лекарств из паутины нужно использовать не пауков рода Nephila или крестовиков, а пауков с самими большими паутинными придатками - Linothele megatheloides (рис. 2) и других Dipluridae .

Рисунок 2. Паук Linothele megatheloides , самка.

В результате исследования автором были получены данные, что пауки вида Linothele megatheloides за месяц продуцируют более 2 г паутины. У них имеются для этого длинные (более 20 мм) паутинные придатки (рис. 3). Эти органы имеют более тысячи микрофильер, через которые нити паутины выходят, подобно пленке.

Автор опробовал паутину для создания противоожоговых повязок (рис. 4). В результате использования этой паутины на ожоге заживление происходило в течение недели. При этом не требовалось дополнительных перевязок и удаления гноя. Через две недели не осталось даже следов ожога.

Рисунок 3. Паутинные придатки Linothele megatheloides под микроскопом.

Рисунок 4. Ожог, покрытый бинтом с паутиной Linothele megatheloides .

Посаженные в специальный контейнер Linothele megatheloides уже через час начинают свою работу и слой за слоем покрывают паутиной текстильную подложку контейнера площадью 1 м 2 . Через два месяца паутины от одного паука хватит для покрытия всей поверхности человеческого тела. Такой инновационный медицинский материал с паутиной, возможно, может спасти жизнь человека с ожогами более 60% всей поверхности тела.

В результате своих наблюдений автор установил, что благодаря специальным добавкам к питанию приплод и выживаемость потомства Linothele megatheloides составляют 100%. Это в среднем 50 молодых особей - потенциальных производителей «второй кожи» - за полгода. На кормление одной самки уходит 2–3 таракана в неделю. Условия содержания пауков - это отсутствие солнечного света, высокая влажность (80–90%), температура 28 °C, комплексное питание и капельное опрыскивание паутины раз в неделю. При создании благоприятных условий кормления, содержания, ухода и «доения» пауков можно добиться увеличения паутинопрядения в 2–3 раза.

Изготовление повязок и бинтов из паутины Linothele megatheloides

Трикотажная сетчатая основа (например, марля с влажностью более 80 %) укладывается на дно полиэтиленового контейнера. Контейнер имеет перфорацию для вентиляции, датчики влажности и температуры, подъемную крышку, капиллярную форсунку и клапан для подачи живого корма. Контейнеры располагаются вертикально, образуя блок высотой 1,5-2 метра (рис. 5).

Рисунок 5. Жилище Linothele megatheloides . а - Паук в контейнере с трикотажной основой. б - Схема контейнера. в - Блок контейнеров.

Рисунок 6. Бинт с паутиной Linothele megatheloides (а ) и стерильная упаковка для него (б ).

Раз в месяц контейнер открывают, паука отсаживают в другой небольшой полиэтиленовый контейнер, удаляют остатки корма, текстильную подложку с паутиной опрыскивают раствором гиалуроновой и пантотеновой кислот, анестетика и антисептика, накрывают полиэтиленовой стрейч-пленкой и скручивают. Дальше рулон вместе с паутиной разрезают на 10 частей и помещают в герметичную упаковку (рис. 6). Упакованные рулоны отправляют на радиационную стерилизацию. Паука выпускают обратно в большой контейнер.

Накладывается такая повязка путем размотки и снятия полиэтиленовой прослойки, паутиной на рану или ожог. Когда паутина и текстильная основа пропитаются лимфой, основа снимается, и на ране остается только заживляющий и дышащий слой паутины.

После того, как человек вылечит свою рану пластырем с паутиной, он уже больше никогда не будет убивать этих замечательных животных.

Повышение выработки паутины

Рисунок 7. Дизайн фермы по выращиванию пауковLinothele megatheloides .

Чтобы увеличить выработку паутины и исключить болезни живого корма (тараканов и сверчков), насекомые получают добавку к питанию в виде питательной среды - дополнительного источника белка и витаминов, содержащего мицелиальную биомассу отходов пенициллиновых и стрептомициновых производств, а также обездрожженную барду - из отходов производства пивных дрожжей. Питательная среда хранится до двух лет при температуре +5 °С. Для питания насекомых мелко нарезанную морковь и капусту вываливают в измельченной питательной среде. На таком корме тараканы и сверчки не болеют, быстро растут и размножаются. Пауки при этом увеличивают выработку паутины на 60%. Применение мицелиального питания позволяет стимулировать размножение пауков и получать паутину в максимально возможных количествах. Работы по поиску пищевых добавок для увеличения разнообразия питания пауков будут продолжены. Для создания фермы по сбору паутины предлагается дизайн-проект в виде круглого шатра диаметром 12 м с покрытием, работающим на растяжение, аналогично работе паутины (рис. 7).

С развитием этого экологичного способа создания медицинских повязок и бинтов возможны эксперименты по выведению более продуктивных гибридов пауков семейства Dipluridae . Внутривидовая гибридизация, селекция и специальное питание в комфортных условиях не исключают генетических экспериментов по увеличению размеров пауков. Пока этим никто не занимается, а в обществе индивидуальных разводчиков пауков эта тема - табу.

Производить молоко с помощью грибов и бактерий возможно - только зачем, когда есть коровы? Паутина по структуре гораздо сложнее белковой структуры молока. Поэтому все поиски синтетических аналогов паутины могут затянуться на время эволюции пауков. Новые виды, полученные путем генетической модификации, и селекционная работа с семейством Dipluridae позволят увеличить размер пауков и их паутинную продуктивность для производства одежды. Паутину можно обрабатывать силиконом и получать ткань для верхней одежды с уникальными свойствами. Такая ткань будет стоить не дороже шелка.

Заключение

Описанная исследовательская работа создает основу нового вида животноводства. На этой основе возможно масштабировать производство паутины по низкой цене, а значит, коммерциализировать его. Потребность рынка в биорезорбируемых раневых покрытиях составляет 400 тыс. дм 2 /год. Прогнозируемая ёмкость рынка в данном сегменте $150 млн .

Масштабировать проект можно как увеличением производства, так и созданием мини-ферм по производству паутины. Никакого сложного оборудования, высоких температур, высокого давления и токсичных материалов для такого варианта технологии не требуется. В настоящее время, например, пчеловодством занимаются около 5 тыс. хозяйств и 300 тыс. пчеловодов-любителей, фермеров и индивидуальных предпринимателей. Мёд могут употреблять не все, а медицинские повязки или пластыри с паутиной пригодятся всем. Пока технология будет развиваться и сертифицироваться, можно предложить всем желающим самим выращивать пауков и собирать паутину. Для стерилизации можно использовать ультрафиолетовую лампу. Чтобы обеспечить себя двумя квадратными метрами паутины, потребуются один контейнер с самкойLinothele megatheloides и два месяца. Самка Linothele megatheloides живет 10 лет. На садовом участке можно поставить утепленный паучатник размером 3 на 6 метров с двумя помещениями (рис. 8). В одном можно заготавливать сырье, а в другом делать нити из паутины, ткать полотно и шить одежду. Отходов у такой мини-фабрики просто нет.

Рисунок 8. Мини-ферма по выращиванию Linothele megatheloides , сбору их паутины и изготовлению одежды на садовом участке.

Из старых оболочек, сброшенных пауком во время линьки, можно изготавливать сувениры и украшения, заливая их полимерной смолой. Из голов умерших пауков можно извлекать яд для производства лечебных препаратов* . Пострадавшие и больные получат новое лекарство - натуральную «кожу», - и каждый желающий сможет создать такое мини-производство.

Патентов и сертификатов на тему исследования автор получать не собирается, так как хочет, чтобы эти знания были доступны всем.

* - И этих препаратов (в частности, анальгетиков) может быть великое множество - несмотря на единственное число слова «яд»: в яде одного паука могут содержаться сотни токсичных компонентов абсолютно разной химической природы. О библиотеках паучьих токсинов рассказывает статья « » . - Ред.

Литература

1. биомолекула: «„Умный“ клей из паутины »;
2. Агапова О.И., Ефимов А.Е., Мойсенович М.М., Богуш В.Г., Агапов И.И. (2015). Сравнительный анализ трехмерной наноструктуры пористых биодеградируемых матриксов из рекомбинантного спидроина и фиброина шелка для регенеративной медицины . ;
3. Накидка, сделанная из паучьего шелка, будет представлена на выставке в Европе . Сайт GlobalScience.ru , 2012;
4. Технологическая платформа «Медицина будущего» . Сайт Евразийской экономической комиссии , 2012;
5. Аксенова Л. (2013). Забыть о боли помогут пауки . Сайт «Газета.ру» ;
6. биомолекула: «Великому комбинатору и не снилось ».

Большинство людей не любит или даже боится пауков. Не лучше они относятся и к паутине – эффективной ловушке, при помощи которой пауки ловят своих жертв. Между тем, паутина – одно из самых совершенных творений природы, которое отличается рядом удивительных свойств.

Изначально паутина хранится в жидком виде

Внутри паука паутина хранится в жидком виде и представляет собой белок с высоким содержанием глицина, серина и аланина. При выделении жидкости через прядильные трубочки, она мгновенно застывает и превращается в паутину.

Не вся паутина липкая

Радиальные нити паутины, по которым паук обычно передвигается внутри своей ловушки, не содержат клейкого вещества. Ловчие нити – более тонкие и легкие – располагаются кольцами и покрыты мельчайшими капельками клейкого вещества. Именно к ним им прилипают невнимательные жертвы паука.

Но даже если паук по каким-то причинам вынужден будет перейти с радиальной нити на кольцевую, то он все равно не прилипнет: все дело в волосках, которые покрывают ноги членистоногого. Когда паук наступает лапой на нить, волоски собирают все клейкие капли. После того как паук поднимает ногу, капли с волосков вновь стекают на нить паутины.

На прочность паутины влияют свет, температура и влажность

Клеящее вещество, которое скрепляет между собой нити паутины, меняет свою клейкость в зависимости от погодных условий. Установлено, что нахождение паутины в сухом и жарком месте уменьшает ее прочность. Прямые солнечные лучи еще больше ослабят соединения нитей между собой и сделают паутину еще менее прочной.

Пауки используют паутину не только для ловли добычи

Паутина используется пауками не только для изготовления превосходных ловушек. Например, некоторые виды используют паутину для брачных игр – самки оставляют длинную нить, идя по которой проходящий мимо самец сможет добраться до желанной цели.

Часто пауки оплетают паутиной свою норку. Другие используют нити в качестве канатов, по которым можно спуститься вниз. Если же паук живет на высоте, под своим убежищем он может протянуть несколько страховочных нитей, чтобы при падении была возможность за них зацепиться.

Оригинальный способ использования паутины нашли некоторые представители семейства пауков-кругопрядов, обитающих в тропических лесах Амазонии. Они сплетают нитью несколько веточек таким образом, чтобы сделать их похожими на насекомое. Затем, отойдя на некоторое расстояние, паук дергает за нити, заставляя муляж шевелиться, имитируя движения насекомого. Данный способ помогает паукам отвлекать внимание хищников и, пока враг исследует муляж, у членистоногого появляется возможность убежать.

Пауки некоторых видов оставляют на паутине электрический заряд

Настоящей неожиданностью стало известие о том, что пауки вида Uloborus Plumipes во время плетения своей сверхтонкой паутины дополнительно натирают ее ногами, что придает ловушке электрический заряд. Когда рядом с паутиной оказывается насекомое, обладающее электростатическим зарядом, ловушка моментально притягивается к нему со скоростью около 2 м/с.

Некоторые паутины поражают своей длиной

Паутина самок паука Дарвана может напугать даже самого смелого человека: ее ловчая площадь может достигать 28 000 см², а длина некоторых нитей насчитывает до 28 метров!

Нити паука Дарвина, протянувшиеся над рекой

При этом скрепляющие нити подобных паутин отличаются высокой прочностью: например, они в 10 раз прочнее кевлара – материала, который используют в качестве армирующего компонента в бронежилетах

Некоторые пауки могут плести паутину даже под водой

Речь идет о пауке-серебрянке, который умеет подолгу находиться под водой. При погружении в воду между волосками его брюшка задерживаются пузырьки воздуха, которые паук использует для дыхания под водой.