Aus welcher Substanz bestehen die Fäden des Netzes? Was ist stärker – Spinnennetz oder Stahl? Wer hat das stärkste Netz? Web zur Reproduktion

Es gelten die langlebigsten Materialien der Welt Netz. Seine Elastizität und Festigkeit sind so groß, dass, wenn es möglich wäre, ein Netz (unter Beibehaltung aller seiner Eigenschaften) herzustellen, das mindestens so dick wie ein Bleistift wäre, dann wäre es möglich, problemlos einen modernen Panzer daran aufzuhängen.

Darüber hinaus ist der Arbeitsprozess der Spinne auf höchstem Niveau debuggt – davon sind moderne Industrieunternehmen weit entfernt.

Zudem baut die Spinne nicht „nur“ ein Netz, sondern genau das, was sie gerade braucht. Den Standort zu wechseln ist eine Sache, Nahrung zu fangen eine andere und sich ein Zuhause zu „bauen“ die dritte Sache. Ein Fischernetz besteht in der Regel aus mehreren Netzarten, die sich in ihren Eigenschaften voneinander unterscheiden. Um das „Modell“ zu wechseln, wechselt die Spinne jedoch nicht die Spur und stoppt ihr Förderband nicht – sie „weiß“ immer, welchen Faden sie benötigt.

Um das bekannte klassische, radförmige Netz herzustellen, zieht die Spinne zunächst so etwas wie ein „Fundament“ – nicht sehr klebrige und schwere Fäden großer Durchmesser, dann werden dünnere „Speichen“ darauf gelegt und erst dann wird der verbleibende Raum in der Mitte mit fast unsichtbaren, äußerst gefährlichen und klebrigen Spiralen verwickelt, die eine Falle für verschiedene Insekten darstellen.

Die Anglerspinne webt überhaupt keine Netze. Er macht einen dünnen Faden mit einer klebrigen Kugel am Ende und winkt dann kämpferisch mit dieser Waffe verschiedene Seiten. Gleichzeitig verströmt es einen ähnlichen Duft wie weibliche Motten auf der Suche nach Partnern. Leichtgläubige Motten scharen sich wegen des Geruchs umher, werden jedoch mit einem klebrigen Ball auf die Stirn geschlagen und werden zum Fressnapf der Spinne.

Auf ihren Spaziergängen spannt die Spinne ein weiches, dickes und flauschiges Netz – wer will schon in die eigene Falle tappen? Und wenn der Handwerker seinen Wohnort wechseln möchte, lässt er ein spezielles Fallschirmnetz los – vom Wind gefangen, kann es seinen Besitzer über weite Strecken transportieren.

Und noch einige weitere interessante Informationen über Spinnen. Wissenschaftler entdeckten es vor einigen Jahren in Madagaskar die neue Art eine Spinne, die in der Lage ist, ein Netz von bis zu 25 Metern Länge und entsprechender Stärke und Dicke zu weben (bisher ist dies ein Weltrekord). Die Spinne spannt ihre riesigen Netze nicht zwischen gewöhnlichen Büschen, sondern quer über Seen und Flüsse – um über dem Wasser kreisende Insekten zu fangen.

Und letztes Jahr konnten Wissenschaftler bestimmen, wie ein Spinnennetz im Querschnitt aussieht. Es stellte sich heraus, dass es sich bei dem Netz um einen Proteinfaden handelte, der wie ein Stapel Pfannkuchen aussah. Der Durchmesser jedes „Pfannkuchens“ beträgt 3 Nanometer und er ist durch Wasserstoffbrückenbindungen mit seinem Nachbarn verbunden.

Was ist stärker – Spinnennetz oder Stahl? Wer hat das stärkste Netz?

Vielleicht ist das Netz stärker, aber ich weiß nicht, wer das stärkste hat, vielleicht die Seidenraupe.
Mit dem Mann, den ich liebe...
In Afrika leben große, farbenfrohe Nephila-Spinnen. Die Nephilen sind Verwandte unserer Kreuzfahrer. Sie weben Fangnetze, ähnlich wie Spinnennetzkreise, die wir alle kennen. Nur die Kreise sind größer, und normalerweise gibt es in ihnen keine obere Hälfte des Kreises, sondern ein chaotisches Fadengewirr: Schutz vor Feinden, von denen die fette und appetitliche Nephila viele hat.
Spinnennetz oder Spinnenseide ist eines der erstaunlichen Beispiele für von der Natur geschaffene Materialien, die außergewöhnliche Eigenschaften aufweisen physikalische Eigenschaften. Aufgrund seiner Festigkeit pro Quadratmillimeter Querschnitt hält es 260 kg stand, es ist stärker und viel leichter als Stahl
Die Spinne hat mehrere Drüsen in ihrem Hinterleib, die Spinnenseide produzieren. Jede Drüse produziert Seide für einen bestimmten Zweck. Es sind sieben verschiedene Drüsen bekannt. Aber verschiedene Typen Spinnen besitzen nur wenige dieser Drüsen und nicht alle auf einmal.
Der dünnste gemessene Faden betrug nur 0,02 mm. Daher können wir das Netz nur aufgrund der Reflexion des Sonnenlichts durch den Faden sehen. Aber dieser dünne Faden kann eine Biene davon abhalten, mit voller Geschwindigkeit zu fliegen. Dieser Faden ist nicht nur sehr stark, sondern auch sehr elastisch. Diese Eigenschaften machen Spinnenseide härter als alle anderen uns bekannten Materialien oder Metalle. Die Festigkeit eines Materials wird in Dernier-Einheiten gemessen (1 Dernier = 1 g pro 9000 m). Der Faden einer Spinne hat eine Stärke von 5 bis 8. Das bedeutet, dass der Seidenfaden einer Spinne auf einer Länge von 45 – 72 km unter seinem Eigengewicht reißt. Vergleichbare Materialien sind Nylon und Glas. Stahl hat eine Festigkeit von etwa 3.
Spinnenseide wird für verschiedene Zwecke verwendet. Als Angelschnur verwenden polnische Fischer den Faden der Goldspinne (Nephila). Auf den Neuen Hebriden wurden Spinnennetze zur Herstellung von Netzen zum Transport von Pfeilspitzen, Tabak und getrocknetem Pfeilspitzengift verwendet. Einige Stämme in Neuguinea verwendeten Netze als Hüte, um ihren Kopf vor dem Regen zu schützen.
Im Ersten Weltkrieg wurden Fäden von Araneus diadematus, Zilla atrica, Argiope aurantia und anderen Radspinnen als Fadenkreuze in Werkzeugen verwendet.
Die Ureinwohner Polynesiens nutzten die Netze großer Netzspinnen schon lange als Nähfaden für langlebige Angelausrüstung, und in Europa lernten die Menschen bereits im Mittelalter, Stoffe aus Netzen herzustellen. Hergestellt für den König von Frankreich Ludwig XIV Handschuhe und Strümpfe aus dem Netz einer Kreuzspinne sorgten für Bewunderung bei allen, die es schafften, diese einzigartigen Produkte zu sehen.
Netz
Ich glaube, es ist Stahl

Sicherlich hat jeder von Ihnen auf die raffinierten, zarten, seidigen „Taschentücher“ geachtet, die Spinnen im sonnigen Sommer an Bäume und Gras hängen. Wenn silberne Tautropfen auf durchbrochenem Spinnengarn glitzern – der Anblick ist unglaublich schön und bezaubernd. Es stellen sich jedoch mehrere Fragen: „Wo entsteht das Netz und wie wird es von der Spinne genutzt“, „Wo kommt es her und woraus besteht es?“. Heute werden wir versuchen herauszufinden, warum dieses Tier alles mit seiner „Stickerei“ schmückt.

Eine Stunde angehalten

Viele Wissenschaftler haben den Spinnen und ihren Netzen nicht nur ganze Abhandlungen und Stunden, sondern ganze Jahre ihres Lebens gewidmet. Wie Andre Tilkin sagte: berühmter Philosoph Web Weaving aus Frankreich ist eine erstaunliche Darbietung, der man stundenlang zusehen kann. Er schrieb mehr als fünfhundert Seiten einer Abhandlung im Internet.

Der deutsche Wissenschaftler G. Peters argumentierte, dass man beim stundenlangen Beobachten von Spinnen nicht einmal merkt, wie die Zeit vergeht. Noch vor Tilkin erzählte er der Welt, wer diese Leute waren beeindruckende Kreaturen, wie eine Spinne ihr Netz webt, wofür sie es braucht.

Sicher haben Sie es schon mehr als einmal auf einem Blatt Papier gesehen kleine Spinne Während er seine mühsame Arbeit verrichtete, blieb er stehen und schaute zu. Aber wir haben immer nicht genug Zeit für schöne Kleinigkeiten, wir sind immer in Eile und können nicht aufhören, noch ein bisschen zu verweilen. Wenn dies der richtige Zeitpunkt wäre, könnte wahrscheinlich jeder von uns die Frage beantworten: „Wie entsteht ein Netz, warum bleibt die Spinne nicht an ihrem Netz hängen?“

Lassen Sie uns einen Moment innehalten und es herausfinden. Schließlich ist die Frage wirklich interessant und der Prozess faszinierend.

Woher kommt das?

Spinnen sind die ältesten Lebewesen und leben seit mehr als zweihundert Millionen Jahren auf der Erde. Ohne ihr Netz wären sie für die Menschheit vielleicht nicht so interessant. Woher kommen Spinnennetze und wie sehen sie aus?

Das Netz ist der Inhalt spezieller Drüsen, die viele Arthropoden haben (falsche Skorpione, Spinnen, Spinnmilben usw.). Der flüssige Inhalt lässt sich dehnen, ohne zu reißen. Die entstehenden dünnen Fäden härten an der Luft sehr schnell aus.

Jede Spinne hat mehrere spezifische Drüsen an ihrem Körper, die für die Produktion von Netzen verantwortlich sind. Verschiedene Drüsen bilden Netze unterschiedlicher Art und Dichte. Sie befinden sich in Form sehr dünner Kanäle am Bauch und werden „Besenwarzen“ genannt. Aus diesen Löchern tritt ein flüssiges Sekret aus, das sich bald in ein wunderschönes Netz verwandelt.

Mit Hilfe ihrer Pfoten verteilt und „hängt“ die Spinne das Netz dort, wo sie es braucht. Die Vorderbeine der Spinne sind die längsten; sie ragen hinein Hauptrolle. Und mit der Hilfe Hinterbeine Es fängt Flüssigkeitstropfen auf und streckt sie auf die gewünschte Länge.

Wind zur Rettung

Die Brise trägt auch zur korrekten Verteilung des Webs bei. Wählt die Spinne den richtigen Platz, zum Beispiel zwischen Bäumen oder in Blättern, hilft der Wind dabei, die Fäden dorthin zu tragen, wo sie sein sollen. Wenn Sie selbst die Frage beantworten wollten, wie eine Spinne ein Netz zwischen Bäumen webt, dann finden Sie hier die Antwort. Der Wind hilft ihm.

Wenn ein Faden am gewünschten Ast hängen bleibt, kriecht die Spinne, prüft die Festigkeit der Basis und lässt den nächsten los. Der zweite wird in der Mitte des ersten befestigt und so weiter.

Bauphasen

Die Basis des Netzes ähnelt stark einer Schneeflocke oder einem Punkt, von dessen Mitte mehrere Strahlen ausgehen. Diese zentralen Fadenstrahlen sind in ihrer Struktur am dichtesten und dicksten. Manchmal macht die Spinne aus mehreren Fäden gleichzeitig eine Kette, als ob sie ihre Wege im Voraus stärken würde.

Wenn die Basis fertig ist, beginnt das Tier mit dem Bau von „Fangspiralen“. Sie bestehen aus einer völlig anderen Art von Netz. Diese Flüssigkeit ist klebrig und klebt gut. Aus dem klebrigen Netz werden die Kreise auf der Basis gebildet.

Die Spinne beginnt ihren Aufbau am äußeren Kreis und bewegt sich allmählich in Richtung Mitte. Er spürt erstaunlicherweise den Abstand zwischen den Kreisen. Ohne einen Kompass oder spezielle Messinstrumente zur Hand zu haben, verteilt die Spinne das Netz genau, sodass zwischen den Kreisen ausschließlich ein gleicher Abstand besteht.

Warum klebt es nicht von alleine?

Sicherlich wissen Sie alle, wie Spinnen jagen. Wie sich ihre Beute in einem klebrigen Netz verfängt und stirbt. Und vielleicht hat sich jeder schon einmal gefragt: „Warum bleibt die Spinne nicht an ihrem Netz hängen?“

Die Antwort liegt in den spezifischen Taktiken zum Aufbau eines Webs, die wir oben beschrieben haben. Das Netz besteht aus mehreren Arten von Fäden. Die Basis, auf der sich die Spinne bewegt, besteht aus gewöhnlichem, sehr starkem und absolut sicherem Faden. Im Gegensatz dazu bestehen „Fangkreise“ aus Fäden, die für viele Insekten klebrig und tödlich sind.

Funktionen des Webs

Also haben wir herausgefunden, wie das Netz aussieht und wo es entsteht. Und jetzt können wir auch beantworten, wie das Spinnennetz genutzt wird. Die Hauptaufgabe des Internets besteht natürlich darin, Nahrung zu beschaffen. Wenn „Nahrung“ in das Netz gelangt, spürt die Spinne sofort die Vibration. Er nähert sich der Beute, wickelt sie schnell in eine starke „Decke“, öffnet den Rand und bringt das Futter an einen Ort, an dem ihn niemand beim Genießen seiner Mahlzeit stört.

Aber neben der Nahrungsbeschaffung dient das Netz der Spinne auch für andere Zwecke. Daraus wird ein Kokon für Eier und ein Wohnhaus hergestellt. Das Netz fungiert als eine Art Hängematte, auf der Balzspiele und Paarung stattfinden. Es fungiert als Fallschirm, der es Ihnen ermöglicht, gefährlichen Feinden schnell zu entkommen. Mit seiner Hilfe können sich Spinnen bei Bedarf durch Bäume bewegen.

Stärker als Stahl

Wir wissen also bereits, wie eine Spinne ein Netz webt und welche Eigenschaften es hat, wie es entsteht und wie klebrige Netzwerke zur Nahrungsgewinnung aufgebaut werden. Es bleibt jedoch die Frage, warum das Internet so stark ist.

Trotz der Tatsache, dass alle Spinnendesigns unterschiedlich sind, haben sie die gleiche Eigenschaft – erhöhte Festigkeit. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Bahn ein Protein enthält – Keratin. Es kommt übrigens auch in Tierkrallen, Wolle und Vogelfedern vor. Die Fasern des Vlieses dehnen sich perfekt und kehren dann in ihre ursprüngliche Form zurück, ohne zu reißen.

Wissenschaftler sagen, dass Spinnennetze viel stärker sind als Naturseide. Letzteres hat eine Zugfestigkeit von 30-42 g/mm², Spinnennetz hingegen hat eine Zugfestigkeit von etwa 170 g/mm². Sie können den Unterschied spüren.

Wie eine Spinne ein Netz webt, ist verständlich. Auch die Frage, ob es langlebig ist, ist geklärt. Aber wussten Sie, dass das Netz trotz dieser Stärke mehrere tausend Mal dünner ist als menschliches Haar? Wenn wir die Bruchleistung von Spinnweben und anderen Fäden vergleichen, übertrifft sie nicht nur Seide, sondern auch Viskose, Nylon und Orlon. Sogar der stärkste Stahl ist an Stärke nicht mit ihr zu vergleichen.

Wussten Sie, dass die Art und Weise, wie eine Spinne ihr Netz webt, die Anzahl der Opfer bestimmt, die darin landen?

Wenn Beute im Netz landet, bleibt sie nicht nur am „Fangnetz“ hängen, sondern wird auch getroffen elektrische Ladung. Es wird von den Insekten selbst gebildet, die während des Fluges eine Ladung ansammeln, und wenn sie in das Netz gelangen, geben sie diese an die Fäden ab und infizieren sich selbst.

Wenn man weiß, wie eine Spinne ein Netz webt und welche „starken“ Eigenschaften es hat, warum stellen die Menschen dann nicht immer noch Kleidung aus solchen Fäden her? Es stellt sich heraus, dass einer der Handwerker zur Zeit Ludwigs XIV. versuchte, Handschuhe und Socken für den König aus Spinnenfäden zu nähen. Diese Arbeit erwies sich jedoch als sehr schwierig, mühsam und langwierig.

IN Südamerika Spinnennetze Sie helfen nicht nur den Herstellern selbst, sondern auch den einheimischen Affen. Dank der Stärke der Netze bewegen sich die Tiere geschickt und furchtlos durch sie hindurch.

Kandidat der physikalischen und mathematischen Wissenschaften E. Lozovskaya

Wissenschaft und Leben // Illustrationen

Der den Faden der Fangspirale bedeckende Kleber wird in Form von Perlentröpfchen gleichmäßig über die Bahn verteilt. Das Bild zeigt die Stelle, an der zwei Fragmente der Fängerspirale am Radius befestigt sind.

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Anfangsstadien Bau eines Fangnetzes durch eine Kreuzspinne.

Die logarithmische Spirale beschreibt ungefähr die Form des Hilfsspiralfadens, den die Spinne beim Aufbau eines radförmigen Fangnetzes legt.

Die Archimedes-Spirale beschreibt die Form des Klebstofffangfadens.

Zickzackfäden sind eines der Merkmale der Netze von Spinnen der Gattung Argiope.

Die kristallinen Bereiche der Seidenfaser haben eine gefaltete Struktur ähnlich der in der Abbildung gezeigten. Die einzelnen Ketten sind durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden.

Junge Kreuzspinnen, die gerade aus ihrem Netzkokon geschlüpft sind.

Spinnen der Familie Dinopidae spinosa weben ein Netz zwischen ihren Beinen und werfen es dann über ihre Beute.

Die Kreuzspinne (Araneus diadematus) ist für ihre Fähigkeit bekannt, große, radförmige Fangnetze zu weben.

Einige Spinnenarten befestigen zusätzlich eine lange „Leiter“ an der Rundfalle, was die Effizienz der Jagd deutlich steigert.

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So sehen die Spinnenröhren, aus denen die Fäden der Spinnenseide austreten, unter dem Mikroskop aus.

Spinnen sind vielleicht nicht die attraktivsten Kreaturen, aber ihre Schöpfung, das Netz, ist geradezu beeindruckend. Denken Sie daran, wie die geometrische Regelmäßigkeit feinster, in der Sonne schimmernder Fäden, die zwischen den Zweigen eines Busches oder zwischen hohem Gras gespannt sind, das Auge fesselt.

Spinnen gehören zu den ältesten Bewohnern unseres Planeten und haben sich vor mehr als 200 Millionen Jahren an Land niedergelassen. In der Natur gibt es etwa 35.000 Spinnenarten. Diese überall lebenden Achtbeiner sind trotz Unterschieden in Farbe und Größe immer und überall erkennbar. Aber das Wichtigste ist Besonderheit- Dies ist die Fähigkeit, Spinnenseide herzustellen, eine Naturfaser von unübertroffener Festigkeit.

Spinnen nutzen Netze für verschiedene Zwecke. Sie machen daraus Kokons für Eier, bauen Unterstände zum Überwintern, nutzen es als „Sicherheitsseil“ beim Springen, weben komplizierte Fangnetze und wickeln gefangene Beute ein. Ein paarungsbereites Weibchen produziert einen mit Pheromonen markierten Netzfaden, dank dessen das Männchen, das sich entlang des Fadens bewegt, leicht einen Partner findet. Junge Spinnen einiger Arten fliegen an langen, vom Wind getragenen Fäden vom Elternnest weg.

Spinnen ernähren sich hauptsächlich von Insekten. Die Jagdgeräte, die sie zur Nahrungsbeschaffung nutzen, gibt es in den unterschiedlichsten Formen und Ausführungen. Manche Spinnen spannen einfach mehrere Signalfäden in der Nähe ihres Unterschlupfs aus und stürzen sich, sobald ein Insekt den Faden berührt, aus dem Hinterhalt auf es. Andere werfen einen Faden mit einem klebrigen Tropfen am Ende nach vorne, wie eine Art Lasso. Der Höhepunkt der Designtätigkeit von Spinnen sind jedoch immer noch runde, radförmige Netze, die horizontal oder vertikal angeordnet sind.

Um ein radförmiges Fangnetz zu bauen, produziert die Kreuzspinne, ein häufiger Bewohner unserer Wälder und Gärten, einen ziemlich langen, starken Faden. Eine Brise oder ein aufsteigender Luftstrom heben den Faden nach oben, und wenn der Ort für den Aufbau des Netzes gut gewählt ist, haftet er am nächsten Ast oder einer anderen Stütze. Die Spinne kriecht daran entlang, um das Ende zu sichern, und legt manchmal einen weiteren Faden zur Festigkeit. Dann löst er einen frei hängenden Faden und befestigt einen dritten in seiner Mitte, sodass eine Y-förmige Struktur entsteht – die ersten drei Radien von mehr als fünfzig. Wenn die Radialfäden und der Rahmen fertig sind, kehrt die Spinne in die Mitte zurück und beginnt, eine temporäre Hilfsspirale auszulegen – so etwas wie ein „Gerüst“. Die Hilfsspirale hält die Struktur zusammen und dient der Spinne als Weg beim Aufbau einer Fangspirale. Der gesamte Hauptrahmen des Netzes, einschließlich der Radien, besteht aus nicht klebendem Faden, für die Fängerspirale wird jedoch ein mit einer klebenden Substanz beschichteter Doppelfaden verwendet.

Überraschend ist, dass diese beiden Spiralen unterschiedliche geometrische Formen haben. Die temporäre Spirale hat relativ wenige Windungen und der Abstand zwischen ihnen vergrößert sich mit jeder Windung. Dies liegt daran, dass sich die Spinne beim Verlegen im gleichen Winkel zu den Radien bewegt. Die Form der resultierenden gestrichelten Linie ähnelt der sogenannten logarithmischen Spirale.

Die Klebefangspirale ist nach einem anderen Prinzip aufgebaut. Die Spinne beginnt am Rand und bewegt sich zur Mitte hin, wobei sie den gleichen Abstand zwischen den Windungen einhält, wodurch eine Archimedes-Spirale entsteht. Gleichzeitig beißt es die Fäden der Hilfsspirale ab.

Spinnenseide wird von speziellen Drüsen produziert, die sich im Hinterleib der Spinne befinden. Es sind mindestens sieben Typen bekannt Arachnoidaldrüsen, die unterschiedliche Fäden produzieren, aber keine der bekannten Spinnenarten weist alle sieben Arten gleichzeitig auf. Normalerweise hat eine Spinne ein bis vier Paare dieser Drüsen. Das Weben eines Netzes ist keine schnelle Aufgabe und der Bau eines mittelgroßen Fangnetzes dauert etwa eine halbe Stunde. Um auf die Produktion eines anderen Netztyps (für die Fangspirale) umzustellen, braucht die Spinne eine Minute Pause. Spinnen verwenden Netze oft wieder, indem sie übrig gebliebene Netze fressen, die durch Regen, Wind oder Insekten beschädigt wurden. Das Gespinst wird in ihrem Körper mit Hilfe spezieller Enzyme verdaut.

Die Struktur der Spinnenseide wurde im Laufe der Evolution über Hunderte Millionen Jahre hinweg perfekt entwickelt. Dieses Naturmaterial vereint zwei wunderbare Eigenschaften – Festigkeit und Elastizität. Ein Netz aus Spinnweben kann ein Insekt daran hindern, mit voller Geschwindigkeit zu fliegen. Der Faden, aus dem Spinnen die Basis ihres Jagdnetzes weben, ist dünner als ein menschliches Haar und seine spezifische (d. h. pro Masseneinheit berechnete) Zugfestigkeit ist höher als die von Stahl. Vergleicht man Spinnenfäden mit Stahldrähten gleichen Durchmessers, tragen diese etwa das gleiche Gewicht. Aber Spinnenseide ist sechsmal leichter, also sechsmal stärker.

Spinnennetze bestehen wie menschliches Haar, Schafwolle und Seide aus Seidenraupenkokons hauptsächlich aus Proteinen. Hinsichtlich der Aminosäurezusammensetzung sind die Spinnennetzproteine – Spidroine – den Fibroinen, den Proteinen, aus denen die von Seidenraupenraupen produzierte Seide besteht, relativ ähnlich. Beide enthalten ungewöhnlich hohe Mengen der Aminosäuren Alanin (25 %) und Glycin (ca. 40 %). Bereiche mit Proteinmolekülen, die reich an Alanin sind, bilden dicht in Falten gepackte kristalline Bereiche, die für eine hohe Festigkeit sorgen, und Bereiche mit mehr Glycin stellen ein amorpheres Material dar, das sich gut dehnen lässt und dadurch dem Faden Elastizität verleiht.

Wie entsteht so ein Faden? Auf diese Frage gibt es noch keine vollständige und eindeutige Antwort. Der Vorgang des Spinnens von Netzen wurde am Beispiel der Ampullendrüse der Radspinne Nephila clavipes am ausführlichsten untersucht. Die Ampullendrüse, die die stärkste Seide produziert, besteht aus drei Hauptabschnitten: einem zentralen Sack, einem sehr langen gekrümmten Kanal und einer Röhre mit Auslass. Von Zellen zu Innenfläche Aus dem Beutel treten kleine kugelförmige Tröpfchen aus, die zwei Arten von Spidroin-Proteinmolekülen enthalten. Diese viskose Lösung fließt in den Schwanz des Beutels, wo andere Zellen eine andere Art von Protein absondern – Glykoproteine. Dank Glykoproteinen erhält die resultierende Faser eine flüssigkristalline Struktur. Flüssigkristalle sind bemerkenswert, weil sie es einerseits haben hochgradig Ordnung schaffen und andererseits die Fließfähigkeit aufrechterhalten. Während sich die dicke Masse zum Auslass bewegt, werden die langen Proteinmoleküle parallel zueinander in Richtung der Achse der sich bildenden Faser ausgerichtet und ausgerichtet. In diesem Fall werden zwischen ihnen intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen gebildet.

Die Menschheit hat viele Designentdeckungen der Natur kopiert, aber ein so komplexer Prozess wie das Spinnen eines Netzes wurde noch nicht reproduziert. Das keine leichte Aufgabe Wissenschaftler versuchen nun, das Problem mit biotechnologischen Techniken zu lösen. Der erste Schritt bestand darin, die Gene zu isolieren, die für die Produktion der Proteine verantwortlich sind, aus denen das Netz besteht. Diese Gene wurden in die Zellen von Bakterien und Hefen eingeführt (siehe „Wissenschaft und Leben“ Nr. 2, 2001). Kanadische Genetiker sind sogar noch weiter gegangen: Sie haben gentechnisch veränderte Ziegen gezüchtet, deren Milch gelöste Spinnennetzproteine enthält. Das Problem besteht jedoch nicht nur in der Gewinnung von Spinnenseidenprotein, sondern auch darin, den natürlichen Spinnprozess zu simulieren. Aber Wissenschaftler müssen diese Lektion noch aus der Natur lernen.

Im 18. Jahrhundert strickte sich ein gewisser Bon aus Montpellier ein Paar Strümpfe und Handschuhe aus Spinnennetzen. Diese Erfahrung mit der Verwendung von Spinnengarn für textile Zwecke erwies sich als die einzige. Derzeit werden Spinnennetze nur als Fadenkreuz für optische Präzisionsinstrumente verwendet.

Das Netz wird aus Aminosäuren im Blut der Spinne synthetisiert. Dies geschieht in den Zellen in den Wänden der Arachnoidea. Die Bahn wird in Tröpfchen erzeugt; sie verschmelzen im hohlen Mittelteil der Drüse. Diese viskose Flüssigkeit ist eigentlich eine konzentrierte Lösung aus Spinnennetzen. Die Lösung sammelt sich in den Drüsen, bis die Spinne das Netz benötigt und es aus den Kanälen der Spinnenwarzen zieht. Das Netz dehnt sich schnell zu einem dünnen Faden aus und geht sofort von einem viskosen in einen festen Zustand über.

Stoffe, die sich zu Fäden verziehen lassen, sind meist hochmolekulare Polymere. Sie bestehen aus langen dünnen Molekülen. In Lösung sind Moleküle verdreht. Zieht man sie jedoch aus einem dünnen Loch, entfalten sie sich und liegen über die gesamte Länge der Faser. Die Moleküle werden durch Vernetzungen, die sich zwischen benachbarten Ketten bilden, in dieser Position gehalten.

Bei der Bewegung webt die Spinne meist einen Doppelfaden – den sogenannten Hängefaden. Es verhindert ein Herunterfallen und wird mit Verbindungsscheiben befestigt, wann immer die Spinne absteigen muss.

Der Aufhängefaden wird manchmal durch zwei dünnere Fäden verstärkt. Sie werden auch zur Herstellung des Außenrahmens und der radialen Fäden des Fischernetzes verwendet. Der andere Hauptbestandteil des Fangnetzes ist der Spiralfaden; Es fängt tatsächlich die Fliegen ein, die darauf fallen.

Das gesamte Netzwerk ist sehr klebrig und äußerst elastisch. Was es klebrig macht, sind die vielen Tröpfchen einer sehr viskosen Substanz, die beide Netze bedeckt und sie zusammenhält. Bei der geringsten Berührung mit dem zähflüssigen Faden bleibt die Fliege hängen. Der Faden kann sich dehnen, ohne zu reißen, egal wie stark das Opfer ist. Dies führt normalerweise dazu, dass sich die Fliege in nahegelegenen klebrigen Fäden verfängt. Die Spinne hält die Fliege und dreht sie mit ihren Kiefern, Zehen und Vorderbeinen, während ihre Hinterbeine das Netz aus den Spinnenwarzen herausziehen. Die Fliege landet so in einem Netz-„Verband“, und die Spinne bringt das Opfer oft in ihren Unterschlupf, wo es entweder sofort gefressen wird oder „in Reserve“ aufgehängt wird.

Es gibt ein anderes Web; Daraus wird ein Kokon hergestellt. Mit diesem Faden umhüllt die Spinne die im Herbst gelegten Eier. Der Kokon schützt die Eier vor schlechtem Wetter und Angriffen verschiedener Raubtiere.

Das Netz besteht aus Proteinen. Es ist bekannt, dass Proteine eine entscheidende Rolle in der Struktur und Funktion aller lebenden Organismen spielen. Sie bestehen aus Myosin in den Muskeln, Kollagen im Bindegewebe, Hämoglobin im Blut sowie Enzymen, die alles steuern chemische Reaktionen in einem lebenden Organismus.

Proteine sind große Moleküle, die aus zwanzig verschiedenen Aminosäuren aufgebaut sind. Ein Spinnennetz-Proteinmolekül kann aus einer oder mehreren Ketten bestehen, die an einer oder mehreren Stellen verbunden sind. Starke Vernetzungen werden durch die Aminosäure Cystin gebildet, die an zwei verschiedenen Ketten „haften“ kann. Cystin kann auch Bindungen zwischen verschiedenen Teilen derselben Kette eingehen und so Schleifen bilden.

Zwanzig Aminosäuren können eine Vielzahl unterschiedlicher Proteine bilden. Eines der Hauptziele, die Proteinchemiker anstreben, ist die Bestimmung der Anzahl der Aminosäuren in einem Protein und ihrer relativen Positionen.

Zur Bestimmung der Aminosäurezusammensetzung wird es durch Kochen in Salzsäure in seine Aminosäurebestandteile zerlegt. Anschließend werden alle Komponenten aus dem Aminosäuregemisch isoliert. Vor 25 Jahren war dies ein ziemlich komplexer Eingriff, der erforderlich war große Menge Es erforderte viel Material und Zeit und lieferte darüber hinaus nicht immer genaue Ergebnisse. Derzeit kann eine vollständige Aminosäureanalyse an wenigen Milligramm Material an einem einzigen Tag durchgeführt werden. Wissenschaftler haben ein Gerät entwickelt, bei dem eine Mischung von Aminosäuren zunächst in Bestandteile zerlegt und anschließend deren Mengen automatisch erfasst und in Form von Diagrammen aufgezeichnet werden.

Diese Analysemethoden wurden zur Analyse einer Reihe von Webs verwendet. Es gibt einen großen Unterschied in der Zusammensetzung des Kokonfadens und des Aufhängefadens. Die Hauptaminosäuren der ersten sind Alanin und Serin, die zweiten sind Glycin und Alanin. Jeweils mehr als die Hälfte des Proteins besteht aus nur zwei Aminosäuren, obwohl auch viele andere Aminosäuren vorhanden sind. Der größte Teil des Netzes enthält Aminosäuren mit sehr kurzen Seitenketten.

Es ist sehr wichtig zu wissen, wie Aminosäuren im Protein angeordnet sind. Damit lassen sich jedoch noch nicht alle Eigenschaften von Fasern erklären. Diese Eigenschaften hängen weitgehend davon ab, wie die Ketten relativ zueinander positioniert sind.

Im Jahr 1913 zeigten Vater und Sohn Bragg, dass ein Kristall einer beliebigen Substanz, der in Röntgenstrahlen gedreht wird, diese in bestimmten Winkeln reflektiert, da er aus geordnet angeordneten Atomen besteht, die Reflexionsebenen bilden. Im selben Jahr entdeckten zwei Japaner – Nikishawa und Ono –, dass viele Fasern, die eigentlich keine kristalline Struktur haben sollten, auch bestimmte Reflexionen hervorrufen.

Vorhandene Röntgenbeugungsmuster von Spinnenfäden sehen im Vergleich zu Röntgenbildern echter Kristalle unbedeutend aus, können aber wichtige Informationen über die Struktur des Spinnennetzes liefern. Die Tatsache, dass ein solches Röntgenmuster Flecken enthält, weist auf das Vorhandensein kristalliner Bereiche mit einer geordneten Anordnung der Atome in den Fasern des Netzes hin. Der Verdienst, die Struktur dieser kristallinen Regionen zu bestimmen, geht in erster Linie an Professor Linus Pauling vom California Institute of Technology und Professor Warwicker.

Dank dieser Studien wissen wir, dass fast alle Arten von Netzen eine ähnliche Struktur haben. Eine ungefähre Vorstellung davon erhält man, indem man auf ein Blatt Papier mehrere parallele Linien mit gleichem Abstand zeichnet und dieses Blatt dann im rechten Winkel zu den Linien faltet. Die Linien stellen die langen Peptidketten dar, und die Stellen, an denen sie die Falten schneiden, geben die Positionen der Kohlenstoffatome an, von denen die Seitenketten ausgehen. Sie verlaufen im rechten Winkel zur Blattebene.

Betrachten wir nun eine bestimmte Anzahl ähnlicher, zusammengefalteter Blätter; Die Dichte ihrer „Packung“ hängt von der Größe der I-Gruppen ab. Bei fast allen Bahnen sind die Ketten in den Blättern auf ähnliche Weise angeordnet und unterscheiden sich nur im Abstand zwischen den Blättern: Er liegt zwischen 3,3 und 15,6 Angström.

Die darunter liegenden Netzfäden sind lange, regelmäßige Zylinder mit nahezu regelmäßig kreisförmigem Querschnitt. Eine Möglichkeit, die Feinheit von Fasern zu vergleichen, besteht darin, das Gewicht einer bestimmten Faserlänge anzugeben. Bei Spinnennetzen wird es üblicherweise in Denier ausgedrückt – dem Gewicht in Gramm von 9 Kilometern Faden. In diesem Maßsystem wiegt ein Seidenraupenfaden 1 Denier, während ein menschliches Haar 40-50 Denier wiegt. Das Gewicht des Spinnen-Kokon-Fadens beträgt 0,7 Denier und der Hängefaden ist sogar noch geringer, nämlich 0,07 Denier. Ein am Äquator um den Globus gewickelter Hängefaden würde nur etwa 340 Gramm wiegen.

Die Festigkeit und Dehnung der Fäden sind wichtig für die Textilindustrie. Um Fäden unterschiedlicher Dicke zu vergleichen, wird ihre Festigkeit normalerweise als Zugfestigkeit ausgedrückt, also als Bruchlast dividiert durch Denier. Die Zugfestigkeit wird daher in Gramm pro Denier ausgedrückt. Die durchschnittliche Zugfestigkeit von Kokonfäden liegt bei 2,2 g/Denier, die von Hängefäden bei 7,8 g/Denier. Die Dehnung im Moment des Bruchs beträgt 46 % bzw. 31 %.

Im Gegensatz zum Hängefaden ist der Kokonfaden relativ schwach, was durch seinen Zweck erklärt wird. Es sollte keiner großen Belastung standhalten, seine Aufgabe ist es, eine schützende Hülle für die Kokoneier zu bilden. Dazu webt die Spinne aus einem gekräuselten Faden ein sechslagiges Garn. Jeder Faden des Kokons besteht aus sechs Netzen. Diese Arachnoidea erinnert an ein voluminöses Garn, das in entwickelt wurde letzten Jahren zur Herstellung elastischer Strickwaren aus Kunstfasern.

Der Spiralfaden des Fangnetzes, der die Klebenetzfalle bildet, ist sehr elastisch. Seine Ausdehnung und Kompression sind vollständig reversibel und in dieser Hinsicht ähnelt es Gummi.

Eine der Herausforderungen der Industrie künstliche Materialien besteht darin, Kunden mit Materialien mit bestimmten Eigenschaften zu beliefern. Unterwäschestoffe müssen beispielsweise Wärme speichern und Feuchtigkeit absorbieren, während Reifencords sehr strapazierfähige Stoffe erfordern.

Die Entwicklung künstlicher Proteinfasern steckt noch in den Kinderschuhen, da wir noch keine langen Ketten mit komplexen Aminosäurestrukturen herstellen können. Es ist jedoch möglich, eine Aminosäure zu langen Ketten wie Polyalanin oder Polymethylglutamat zu polymerisieren, um gutes Gewebe zu erzeugen. Es ist auch möglich, hochmolekulare Polymere mit einer sich wiederholenden Dipeptidsequenz zu erhalten, zum Beispiel ... Glycin - Alanin - Glycin - Alanin - Glycin-Alanin ...

Weiteres Studium verschiedene Arten Spinnennetze sind der Weg, der uns sicherlich bei der Herstellung künstlicher Proteinfasern helfen wird.

P.S. Worüber sprechen britische Wissenschaftler sonst noch: dass Wissenschaftler in Zukunft auf der Grundlage einer detaillierteren molekularen Untersuchung von Spinnenfäden und anderen natürlichen Materialien in der Lage sein werden, verschiedene äußerst nützliche Dinge für unser tägliches Leben zu erhalten, zum Beispiel: Ultra stark
Stahlbetonprodukte aus speziellen Polymeren oder ähnliches.

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