Pânză reală de compoziție chimică spiderman. Ce este mai puternic - pânză de păianjen sau oțel? Cine are cel mai puternic web? Funcțiile web și scopul acestuia

În secolul al XVIII-lea, un anume Bon din Montpellier și-a tricotat o pereche de ciorapi și mănuși din pânze de păianjen. Această experiență de utilizare a firului de păianjen în scopuri textile s-a dovedit a fi singura. În prezent, pânzele de păianjen sunt folosite doar ca reticulat pentru instrumentele optice de precizie.

Pânza este sintetizată din aminoacizii din sângele păianjenului. Acest lucru se întâmplă în celulele situate în pereții glandelor arahnoide. Pânza este produsă în picături; se contopesc în partea centrală goală a glandei. Acest lichid vâscos este de fapt o soluție concentrată de pânze de păianjen. Soluția se acumulează în glande până când păianjenul are nevoie de pânză și este extrasă din canalele verucilor arahnoizi. Pânza se întinde rapid într-un fir subțire și trece imediat de la o stare vâscoasă la una solidă.

Substanțele care pot fi trase în fire sunt de obicei polimeri cu greutate moleculară mare. Ele constau din molecule lungi și subțiri. Moleculele sunt răsucite atunci când sunt în soluție. Cu toate acestea, dacă sunt trase dintr-o gaură subțire, se desfac și sunt poziționate pe toată lungimea fibrei. Moleculele sunt menținute în această poziție prin legături încrucișate care se formează între lanțurile adiacente.

Când se mișcă, păianjenul țese de obicei un fir dublu - așa-numitul fir agățat. Îl împiedică să cadă și este atașat cu discuri de conectare ori de câte ori păianjenul trebuie să coboare.

Firul de agățat este uneori întărit cu două fire mai subțiri. De asemenea, sunt folosite pentru realizarea cadrului exterior și a firelor radiale ale plasei de pescuit. Cealaltă parte principală a plasei de prindere este firul spiralat; de fapt captează muștele care cad pe ea.

Întreaga rețea este foarte lipicioasă și extrem de elastică. Ceea ce îi conferă lipiciitate sunt numeroasele picături dintr-o substanță foarte vâscoasă care acoperă ambele țesături și le ține împreună. La cel mai mic contact cu firul vâscos, musca se lipește. Firul se poate întinde fără a se rupe, indiferent cât de puternică este victima. Acest lucru are ca rezultat, de obicei, ca musca să se încurce în fire lipicioase din apropiere. Ținând musca, păianjenul o rotește cu fălcile, degetele și picioarele din față, în timp ce picioarele din spate scot pânza din verucile arahnoide. Musca ajunge astfel într-un „bandaj” de pânză, iar păianjenul duce adesea victima la adăpostul său, unde va fi fie mâncată imediat, fie agățată „în rezervă”.

Există un alt web; este folosit pentru a face un cocon. Păianjenul învăluie ouăle depuse toamna cu acest fir. Coconul protejează ouăle de vreme rea și atacurile diverșilor prădători.

Rețeaua este formată din proteine. Se știe că proteinele joacă un rol vital în structura și funcționarea tuturor organismelor vii. Ele constau din miozină în mușchi, colagen în țesuturile conjunctive, hemoglobină în sânge, precum și enzime care controlează toate reacții chimiceîntr-un organism viu.

Proteinele sunt molecule mari construite din douăzeci de aminoacizi diferiți. O moleculă de proteină din pânză de păianjen poate consta din unul sau mai multe lanțuri legate în unul sau mai multe locuri. Legăturile încrucișate puternice sunt formate de aminoacidul cistina și se pot „agăța” de două lanțuri diferite. Cistina poate forma, de asemenea, legături între diferite părți ale aceluiași lanț, formând bucle.

Douăzeci de aminoacizi pot forma un număr mare de proteine diferite. Unul dintre obiectivele principale pentru care se străduiesc chimiștii proteici este de a determina numărul de aminoacizi dintr-o proteină și pozițiile relative ale acestora.

Pentru determinarea compoziției de aminoacizi, acesta este descompus în aminoacizii săi constituenți prin fierbere în acid clorhidric. Apoi toate componentele sunt izolate din amestecul de aminoacizi. În urmă cu douăzeci și cinci de ani, aceasta a fost o procedură destul de complexă care necesita cantitate mare material și timp și, în plus, nu a dat întotdeauna rezultate exacte. În prezent, o analiză completă a aminoacizilor poate fi efectuată pe câteva miligrame de material într-o singură zi. Oamenii de știință au creat un dispozitiv în care un amestec de aminoacizi este mai întâi descompus în componente, iar apoi cantitățile acestora sunt înregistrate și înregistrate automat sub formă de grafice.

Aceste metode analitice au fost folosite pentru a analiza o serie de rețele. Există o mare diferență în compoziția firului de cocon și a firului de agățat. Principalii aminoacizi ai primului sunt alanina și serina, al doilea sunt glicina și alanina. Mai mult de jumătate din proteină în fiecare caz este formată din doar doi aminoacizi, deși sunt prezenți și mulți alți aminoacizi. Cea mai mare parte a rețelei conține aminoacizi cu lanțuri laterale foarte scurte.

Este foarte important să știi cum sunt aranjați aminoacizii în proteine. Dar acest lucru încă nu face posibilă explicarea tuturor proprietăților fibrelor. Aceste proprietăți depind în mare măsură de modul în care sunt poziționate lanțurile unul față de celălalt.

În 1913, tatăl și fiul Bragg au arătat că un cristal din orice substanță, rotit în raze X, le reflectă în anumite unghiuri, deoarece este alcătuit din atomi aranjați ordonat care formează planuri de reflexie. În același an, doi japonezi - Nikishawa și Ono - au descoperit că multe fibre, care ar fi trebuit să nu aibă structură cristalină, dau și ele anumite reflexii.

Modelele de difracție de raze X existente ale firelor de păianjen par nesemnificative în comparație cu imaginile cu raze X ale cristalelor adevărate, dar pot oferi informații semnificative despre structura rețelei. Faptul că un astfel de model de raze X conține pete indică prezența în fibrele rețelei a unor regiuni cristaline cu un aranjament ordonat de atomi. Meritul pentru determinarea structurii acestor regiuni cristaline revine în primul rând profesorului Linus Pauling de la Institutul de Tehnologie din California și profesorului Warwicker.

Datorită acestor studii, știm că aproape toate tipurile de rețele au o structură similară. O idee aproximativă a acesteia poate fi obținută prin trasarea mai multor linii paralele egal distanțate pe o bucată de hârtie și apoi plierea acestei foi în unghi drept față de linii. Liniile reprezintă lanțurile peptidice lungi, iar locurile în care se intersectează cutele indică pozițiile atomilor de carbon din care se extind lanțurile laterale. Ele merg în unghi drept față de planul foii.

Acum să luăm în considerare un anumit număr de foi similare pliate împreună; densitatea „ambalajului” lor va depinde de mărimea grupurilor I. Aproape toate benzile au lanțuri dispuse în mod similar în cadrul foilor și diferă doar prin distanța dintre foi: variază de la 3,3 la 15,6 angstromi.

Firele de dedesubt sunt cilindri lungi, regulați, cu o secțiune transversală circulară aproape regulată. O modalitate de a compara finețea fibrelor este de a raporta greutatea unei anumite lungimi de fibre. Pentru pânzele de păianjen, este de obicei exprimată în denier - greutatea în grame a 9 kilometri de fir. În acest sistem de măsurare, un fir de vierme de mătase cântărește 1 denari, în timp ce părul uman cântărește 40-50 de denari. Greutatea firului de cocon de păianjen este de 0,7 denari, iar firul de agățat este și mai puțin, de 0,07 denari. Un fir de agățat înfășurat în jurul globului la ecuator ar cântări doar aproximativ 340 de grame.

Rezistența și alungirea firelor sunt important pentru industria textila. Pentru a compara fire de diferite grosimi, rezistența lor este de obicei exprimată în termeni de rezistență la tracțiune, adică sarcina de rupere împărțită la denier. Rezistența la tracțiune este astfel exprimată în grame per denier. Rezistența medie la tracțiune a firelor cocon este de 2,2 g/denier, iar cea a firelor suspendate este de 7,8 g/denier. Alungirea în momentul ruperii ajunge la 46%, respectiv 31%.

Spre deosebire de firul de agățat, firul de cocon este relativ slab, iar acest lucru se explică prin scopul său. Nu ar trebui să reziste la mare stres; sarcina sa este de a crea o coajă protectoare pentru ouăle de cocon. Pentru a face acest lucru, păianjenul țese un fir cu șase straturi dintr-un fir ondulat. Fiecare fir al coconului este format din șase pânze. Acest arahnoid amintește de un fir voluminos care a fost dezvoltat în anul trecut pentru producerea de tricotaje elastice din fibre artificiale.

Firul spiralat al plasei de prindere, care formează capcana din pânză lipicioasă, este foarte elastic. Expansiunea și compresia sa sunt complet reversibile și, în acest sens, seamănă cu cauciucul.

Una dintre provocările industriei materiale artificiale este de a furniza clienților materiale cu anumite proprietăți. Țesătura pentru lenjerie de corp, de exemplu, trebuie să rețină căldura și să absoarbă umezeala, în timp ce cablurile anvelopelor necesită o țesătură foarte durabilă.

Dezvoltarea fibrelor proteice artificiale este încă la început, deoarece încă nu putem crea lanțuri lungi cu structuri complexe de aminoacizi. Este posibil, totuși, să se ia un aminoacid și să-l polimerizeze în lanțuri lungi, cum ar fi polialanină sau poli și metil glutamat, pentru a produce țesuturi bune. De asemenea, este posibil să se obțină polimeri cu greutate moleculară mare cu o secvență dipeptidică repetată, de exemplu ... glicină - alanină - glicină - alanină - glicină-alanină ...

Studiul suplimentar al diferitelor tipuri de pânze de păianjen este calea care ne va ajuta cu siguranță în crearea fibrelor proteice artificiale.

P.S. Despre ce mai vorbesc oamenii de știință britanici: că în viitor, pe baza unui studiu mai detaliat, molecular, atât al firului de păianjen, cât și al altor materiale naturale, oamenii de știință vor putea obține diverse lucruri ultra-utile pentru viața noastră de zi cu zi, de exemplu, ultra-puternic
produse din beton armat din polimeri speciali sau ceva de genul asta.

Reprezentanții ordinului arahnidelor pot fi găsiți peste tot. Aceștia sunt prădători care vânează insecte. Își prind prada folosind o plasă. Aceasta este o fibră flexibilă și durabilă de care se lipesc muștele, albinele și țânțarii. Cum țese un păianjen o pânză este o întrebare adesea pusă când se uită la o plasă de prindere uimitoare.

Ce este un web?

Păianjenii sunt unul dintre cei mai bătrâni locuitori ai planetei, datorită dimensiunilor reduse și specificului lor aspect sunt considerate eronat insecte. De fapt, aceștia sunt reprezentanți ai ordinului artropodelor. Corpul păianjenului are opt picioare și două secțiuni:

cefalotorax;
abdomen.

Spre deosebire de insecte, acestea nu au antene și un gât care separă capul de piept. Abdomenul unei arahnide este un fel de fabrică pentru producerea de pânze de păianjen. Conține glande care produc o secreție formată din proteine îmbogățite cu alanină, care conferă rezistență, și glicină, care este responsabilă de elasticitate. Conform formulei chimice, pânzele de păianjen sunt aproape de mătasea de insecte. În interiorul glandelor se află secreția stare lichida, dar se întărește în aer.

Informație. Mătasea omizilor de viermi de mătase și a pânzelor de păianjen are o compoziție similară - 50% este proteină fibroină. Oamenii de știință au descoperit că firul de păianjen este mult mai puternic decât secreția de omizi. Acest lucru se datorează particularității formării fibrelor

De unde vine o pânză de păianjen?

Pe abdomenul artropodului există excrescențe - veruci arahnoizi. În partea lor superioară, canalele glandelor arahnoide se deschid, formând fire. Există 6 tipuri de glande care produc mătase în diferite scopuri (deplasarea, coborârea, încurcarea prăzii, depozitarea ouălor). La o specie, toate aceste organe nu apar în același timp, de obicei, un individ are 1-4 perechi de glande.

Pe suprafața negilor există până la 500 de tuburi rotative care furnizează secreția de proteine. Păianjenul își învârte pânza după cum urmează:

negii de păianjen sunt apăsați pe bază (copac, iarbă, perete etc.);
o cantitate mică de proteine aderă la locația selectată;
păianjenul se îndepărtează, trăgând firul cu picioarele din spate;
pentru lucrarea principală se folosesc picioare din față lungi și flexibile, cu ajutorul lor se creează un cadru din fire uscate;
Etapa finală a realizării rețelei este formarea spiralelor lipicioase.

Datorită observațiilor oamenilor de știință, a devenit cunoscut de unde provine pânza de păianjen. Este produs de negi perechi mobili de pe abdomen.

Fapt interesant. Pânza este foarte ușoară; greutatea unui fir înfășurat în jurul Pământului de-a lungul ecuatorului ar fi de numai 450 g.

Păianjenul trage fir din abdomen

Cum se construiește o plasă de pescuit

Vântul este cel mai bun asistent al păianjenului în construcție. După ce a scos din negi un fir subțire, arahnida îl expune unui flux de aer, care poartă mătasea înghețată pe o distanță considerabilă. Acesta este modul secret în care un păianjen țese o pânză între copaci. Pânza se agață cu ușurință de ramurile copacilor, folosind-o ca frânghie, arahnida se mișcă din loc în loc.

Un anumit model poate fi urmărit în structura web-ului. Baza sa este un cadru din fire puternice și groase dispuse sub formă de raze divergente dintr-un punct. Pornind din partea exterioară, păianjenul creează cercuri, deplasându-se treptat spre centru. Este uimitor că fără niciun echipament menține aceeași distanță între fiecare cerc. Această parte a fibrelor este lipicioasă și este locul în care insectele se vor bloca.

Fapt interesant. Păianjenul își mănâncă propria pânză. Oamenii de știință oferă două explicații pentru acest fapt - în acest fel, pierderea de proteine în timpul reparației plasei de pescuit este completată, sau păianjenul pur și simplu bea apă atârnată pe firele de mătase.

Complexitatea modelului web depinde de tipul de arahnid. Artropodele inferioare construiesc rețele simple, în timp ce cele superioare construiesc modele geometrice complexe. Se estimează că construiește o capcană de 39 de raze și 39 de spirale. Pe lângă firele radiale netede, spiralele auxiliare și de prindere, există fire de semnal. Aceste elemente capteaza si transmit pradatorului vibratiile prazii prinse. Dacă se întâlnește un obiect străin (o creangă, o frunză), micul proprietar îl separă și îl aruncă, apoi reface plasa.

Arahnidele arboricole mari trag capcane cu un diametru de până la 1 m nu numai insectele, ci și păsările mici cad în ele.

Cât timp îi ia unui păianjen să țese o pânză?

Un prădător petrece de la o jumătate de oră la 2-3 ore pentru a crea o capcană deschisă pentru insecte. Timpul său de funcționare depinde de condițiile meteorologice și de dimensiunea planificată a rețelei. Unele specii țes zilnic fire de mătase, făcând-o dimineața sau seara, în funcție de stilul lor de viață. Unul dintre factorii care determină cât timp îi ia unui păianjen să țese o pânză este tipul acesteia – plat sau voluminos. Cea plată este versiunea familiară a firelor radiale și spiralelor, iar cea volumetrică este o capcană făcută dintr-un bulgăre de fibre.

Scopul web-ului

Plasele fine nu sunt doar capcane pentru insecte. Rolul rețelei în viața arahnidelor este mult mai larg.

Prinderea prazii

Toți păianjenii sunt prădători și își ucid prada cu otravă. În același timp, unii indivizi au o constituție fragilă și pot deveni ei înșiși victime ale insectelor, de exemplu, viespi. Pentru a vâna, au nevoie de adăpost și de o capcană. Fibrele lipicioase îndeplinesc această funcție. Aceștia încurcă prada prinsă în plasă într-un cocon de fire și o lasă până când enzima injectată o aduce în stare lichidă.

Fibrele de mătase aracnidă sunt mai subțiri decât părul uman, dar rezistența lor specifică la tracțiune este comparabilă cu firul de oțel.

Reproducere

În timpul perioadei de împerechere, masculii își atașează propriile fire de pânza femelei. Lovind ritmic fibrele de mătase, ei își comunică intențiile unui potențial partener. Femela care primește curte coboară pe teritoriul masculului pentru a se împerechea. La unele specii, femela inițiază căutarea unui partener. Ea secretă un fir cu feromoni, datorită căruia păianjenul o găsește.

Acasă pentru posteritate

Mătase secretia web se împletesc coconi pentru ouă. Numărul lor, în funcție de tipul de artropod, este de 2-1000 de bucăți. Sacii femele din pânză de păianjen cu ouă sunt suspendați loc sigur. Învelișul de cocon este destul de puternic, este format din mai multe straturi și este impregnat cu secreție lichidă.

În vizuina lor, arahnidele țes pânze în jurul pereților. Acest lucru ajută la crearea unui microclimat favorabil și servește drept protecție împotriva intemperiilor și a dușmanilor naturali.

In miscare

Unul dintre răspunsurile la motivul pentru care un păianjen țese o pânză este că folosește fire ca vehicul. Pentru a se deplasa între copaci și tufișuri, înțelege rapid și cădea, are nevoie de fibre puternice. Pentru a zbura pe distanțe lungi, păianjenii urcă la înălțimi ridicate, eliberează o pânză care se întărește rapid și apoi, cu o rafală de vânt, zboară mai mulți kilometri. Cel mai adesea, călătoriile se fac în zilele calde și senine ale verii indiene.

De ce păianjenul nu se lipește de pânza sa?

Pentru a evita căderea în propria capcană, păianjenul face mai multe fire uscate pentru mișcare. Îmi cunosc perfect subtilitățile plaselor, iar el se apropie în siguranță de prada blocată. De obicei, în centrul plasei de pescuit rămâne o zonă sigură, unde prădătorul așteaptă prada.

Interesul oamenilor de știință pentru interacțiunea arahnidelor cu capcanele lor de vânătoare a început cu mai bine de 100 de ani în urmă. Inițial, s-a sugerat că pe labele lor avea un lubrifiant special care împiedică lipirea. Nicio confirmare a teoriei nu a fost găsită vreodată. Filmarea cu o cameră specială a mișcării picioarelor păianjenului de-a lungul fibrelor din secreția înghețată a oferit o explicație pentru mecanismul de contact.

Un păianjen nu se lipește de pânza sa din trei motive:

multe fire de păr elastice de pe picioare reduc aria de contact cu spirala lipicioasă;
vârfurile picioarelor păianjenului sunt acoperite cu un lichid uleios;
mișcarea are loc într-un mod special.

Care este secretul structurii picioarelor care ajută arahnidele să evite lipirea? Pe fiecare picior al păianjenului există două gheare de susținere cu care se agață de suprafață și o gheară flexibilă. Pe măsură ce se mișcă, apasă firele de firele de păr flexibile de pe picior. Când păianjenul își ridică piciorul, gheara se îndreaptă și firele de păr împing pânza.

O altă explicație este lipsa contactului direct între piciorul arahnidei și picăturile lipicioase. Ele cad pe firele de păr ale piciorului și apoi curg cu ușurință înapoi pe fir. Indiferent de teoriile pe care le consideră zoologii, faptul rămâne neschimbat că păianjenii nu devin prizonierii propriilor lor capcane lipicioase.

Alte arahnide, cum ar fi acarienii și pseudoscorpionii, pot țese și ele pânze. Dar rețelele lor nu pot fi comparate în putere și țesut iscusit cu lucrările unor adevărați maeștri - păianjeni. Știința modernă nu este încă capabil să reproducă web folosind o metodă sintetică. Tehnologia de fabricare a mătasei de păianjen rămâne unul dintre misterele naturii.

Cu siguranță fiecare dintre voi a acordat atenție „batistelor” sofisticate, delicate și mătăsoase pe care păianjenii le atârnă de copaci și iarbă în vara însorită. Când picăturile de rouă argintii sclipesc pe firele de păianjen ajurate - vedeți, priveliștea este incredibil de frumoasă și vrăjitoare. Dar apar mai multe întrebări: „unde se formează pânza și cum este folosită de păianjen”, „de unde vine și în ce constă”. Astăzi vom încerca să ne dăm seama de ce acest animal decorează totul în jur cu „broderia” sa.

S-a oprit o oră

Mulți oameni de știință au dedicat nu numai tratate și ore întregi, ci și ani din viața lor păianjenilor și pânzelor lor. După cum a spus Andre Tilkin, filosof celebru din Franța, Web Weaving este o performanță uimitoare pe care o poți urmări ore și ore. A scris peste cinci sute de pagini ale unui tratat pe web.

Omul de știință german G. Peters a susținut că, urmărind păianjeni ore întregi, nici măcar nu observi cum trece timpul. Chiar înainte de Tilkin, el a spus lumii cine sunt acești oameni creaturi uimitoare, ca un păianjen își țese pânza, pentru care are nevoie de ea.

Cu siguranță, de mai multe ori, când ai văzut un păianjen pe o frunză făcându-și treaba minuțioasă, te-ai oprit și ai privit. Dar întotdeauna nu avem suficient timp pentru lucruri mărunte frumoase, suntem mereu grăbiți, așa că nu ne putem opri, mai zăbovim puțin. Dacă acesta ar fi momentul, probabil fiecare dintre noi ar putea răspunde la întrebarea: „Cum apare o pânză, de ce păianjenul nu se lipește de pânza sa?”

Să ne oprim o clipă și să ne dăm seama. La urma urmei, întrebarea este cu adevărat interesantă, iar procesul este fascinant.

De unde vine?

Păianjenii sunt cele mai vechi creaturi, care trăiesc pe pământ de peste două sute de milioane de ani. Fără web-ul lor, ei, poate, nu ar fi atât de interesanți pentru omenire. Deci, de unde vin pânzele de păianjeni și cum arată?

Pânza este conținutul unor glande speciale pe care le au multe artropode (scorpioni falși, păianjeni, acarieni etc.). Conținutul lichid poate fi întins fără rupere. Firele subțiri rezultate se întăresc foarte repede în aer.

Fiecare păianjen are mai multe glande specifice pe corp care sunt responsabile pentru producerea pânzelor. Se formează diferite glande tipuri variateși densitatea rețelei. Ele sunt situate pe abdomen sub formă de canale foarte subțiri și se numesc „negi de păianjen”. Din aceste găuri se eliberează o secreție lichidă, care se transformă curând într-o pânză frumoasă.

Cu ajutorul labelor sale, păianjenul distribuie și „atârnă” pânza acolo unde are nevoie. Picioarele din față ale păianjenului sunt cele mai lungi în care ies rol principal. Iar cu ajutorul picioarelor din spate apucă picături de lichid și le întinde până la lungimea necesară.

Vântul la salvare

Briza contribuie și la distribuirea corectă a rețelei. Dacă păianjenul alege locul potrivit pentru a se plasa, de exemplu între copaci sau în frunze, atunci vântul ajută la transportarea firelor acolo unde trebuie. Dacă ai vrut să răspunzi singur la întrebarea despre cum un păianjen țese o pânză între copaci, atunci iată răspunsul. Vântul îl ajută.

Când un fir se prinde de ramura dorită, păianjenul se târăște, verifică rezistența bazei și îl eliberează pe următorul. Al doilea este atașat la mijlocul primului și așa mai departe.

Etape de construcție

Baza pânzei este foarte asemănătoare cu un fulg de zăpadă sau cu un punct, din centrul căruia iradiază mai multe raze. Aceste fire-raze centrale sunt cele mai dense și mai groase din structura lor. Uneori, păianjenul face o urzeală din mai multe fire deodată, parcă și-ar întări cărările în avans.

Când baza este gata, animalul trece la construcția de „spirale de prindere”. Sunt realizate dintr-un tip complet diferit de web. Acest lichid este lipicios și se lipește bine. Din pânza lipicioasă sunt construite cercurile de pe bază.

Păianjenul își începe construcția din cercul exterior, deplasându-se treptat spre centru. El simte uimitor distanța dintre cercuri. Neavând absolut nicio busolă sau instrumente speciale de măsurare la îndemână, păianjenul distribuie cu precizie pânza, astfel încât să existe o distanță exclusiv egală între cercuri.

De ce nu se lipește de la sine?

Cu siguranță știți cu toții cum vânează păianjenii. Cum prada lor este prinsă într-o pânză lipicioasă și moare. Și, poate, toată lumea s-a întrebat cel puțin o dată: „De ce păianjenul nu se lipește de pânza sa?”

Răspunsul constă în tacticile specifice construcției web, pe care le-am descris chiar mai sus. Pânza este realizată din mai multe tipuri de fire. Baza pe care se mișcă păianjenul este făcută din fir obișnuit, foarte puternic și complet sigur. Dar cercurile „de prindere” sunt făcute, dimpotrivă, din fir lipicios și letal pentru multe insecte.

Funcțiile web

Așadar, ne-am dat seama cum apare rețeaua și unde se formează. Și acum putem răspunde și cum este folosită pânza de păianjen. Sarcina principală a rețelei este, desigur, obținerea de alimente. Când „hrana” intră în pânză, păianjenul simte imediat vibrația. Se apropie de pradă, o înfășoară rapid într-o „pătură” puternică, deschide marginea și duce mâncarea într-un loc unde nimeni să nu-l deranjeze să-și savureze masa.

Dar, pe lângă obținerea de mâncare, pânza îi servește păianjenului în alte scopuri. Este folosit pentru a face un cocon pentru ouă și o casă pentru locuit. Web-ul acționează ca un fel de hamac pe care au loc jocuri de curte și împerechere. Acționează ca o parașută, ceea ce vă permite să scăpați rapid de inamicii periculoși. Cu ajutorul lui, păianjenii se pot deplasa printre copaci dacă este necesar.

Mai puternic decât oțelul

Așadar, știm deja cum țese un păianjen o pânză și care sunt caracteristicile acesteia, cum se formează și cum se construiesc pânzele lipicioase pentru a obține hrană. Dar rămâne întrebarea de ce web-ul este atât de puternic.

În ciuda faptului că toate modelele de păianjen sunt variate, au aceeași proprietate - rezistență crescută. Acest lucru este asigurat datorită faptului că rețeaua conține o proteină - cheratina. Apropo, se găsește și în ghearele animalelor, lână și pene de pasăre. Fibrele rețelei se întind perfect și apoi revin la forma lor originală, fără a se rupe.

Oamenii de știință spun că pânza de păianjen este mult mai puternică decât mătasea naturală. Acesta din urmă are o rezistență la tracțiune de 30-42 g/mm2, dar pânza de păianjen are o rezistență la tracțiune de aproximativ 170 g/mm2. Poți simți diferența.

Cum un păianjen țese o pânză este de înțeles. Că este durabil este și o întrebare care a fost rezolvată. Dar știați că, în ciuda unei asemenea rezistențe, rețeaua este de câteva mii de ori mai subțire decât părul uman? Dacă comparăm performanța de rupere a pânzelor de păianjen și a altor fire, aceasta depășește nu numai mătasea, ci și viscoza, nailonul și orlonul. Chiar și cel mai puternic oțel nu se poate compara cu el ca rezistență.

Știați că felul în care un păianjen își țese pânza va determina numărul de victime care ajung în ea?

Când prada ajunge în plasă, nu numai că se lipește de plasa „de prindere”, dar este și lovită. incarcare electrica. Se formează din insectele înseși, care acumulează o sarcină în timpul zborului, iar când intră în pânză, o dau firelor și se infectează.

Știind cum un păianjen țese o pânză și ce calități „puternice” are, de ce oamenii nu mai fac haine din astfel de fire? Se pare că în timpul Ludovic al XIV-lea unul dintre meșteri a încercat să coasă mănuși și șosete pentru rege din fire de păianjen. Cu toate acestea, această muncă s-a dovedit a fi foarte dificilă, minuțioasă și îndelungată.

ÎN America de Sud Panze de paianjen Ei ajută nu numai producătorii înșiși, ci și maimuțele locale. Datorită puterii plaselor, animalele se deplasează prin ele cu dibăcie și fără teamă.

Rețeaua este un fel de secret produs de glandele arahnoide. Un astfel de secret, după scurt timp după eliberare, este capabil să se solidifice sub formă de fire de proteine puternice. Pânzele de păianjen sunt produse nu numai de păianjeni, ci și de alți reprezentanți ai grupului de arahnide, inclusiv pseudoscorpioni și acarieni, precum și labiopode.

Cum fac păianjenii pânze

Un număr mare de glande arahnoide sunt situate în cavitatea abdominală a păianjenului.. Conductele unor astfel de glande se deschid în tuburi mici care se rotesc, care au acces la partea de capăt a verucilor arahnoide speciale. Numărul de tuburi rotative poate varia în funcție de tipul de păianjen. De exemplu, păianjenul încrucișat foarte comun are cinci sute dintre ele.

Acest lucru este interesant! Glandele arahnoide produc o secreție lichidă și vâscoasă de proteine, a cărei particularitate este capacitatea de a se întări aproape instantaneu sub influența aerului și de a se transforma în fire subțiri lungi.

Procesul de învârtire a unei pânze implică presarea negilor de păianjen pe un substrat. Prima parte, nesemnificativă, a secreției eliberate se întărește și se lipește în mod fiabil de substrat, după care păianjenul extrage secreția vâscoasă folosind picioarele din spate. În procesul de îndepărtare a păianjenului de la locul de atașare al pânzei, secreția de proteine se întinde și se întărește rapid. Până în prezent, șapte sunt cunoscute și destul de bine studiate. tipuri diferite glandele arahnoide care produc tipuri diferite fire

Compoziția și proprietățile rețelei web

Pânza de păianjen este un compus proteic care conține, de asemenea, glicină, alanină și serină. Interior Filamentele formate sunt reprezentate de cristale rigide de proteine, a căror dimensiune nu depășește câțiva nanometri. Cristalele sunt ținute împreună prin legături proteice foarte elastice.

Acest lucru este interesant! O proprietate neobișnuită a rețelei este articulația sa internă. Atunci când este atârnat pe o pânză de păianjen, orice obiect poate fi rotit de un număr nelimitat de ori fără a se răsuci.

Firele primare sunt împletite de păianjen și devin fibre de păianjen mai groase. Indicatorii de rezistență ai pânzei sunt apropiați de cei ai nailonului, dar sunt mult mai puternici decât secreția viermelui de mătase. În funcție de scopul pentru care pânza este destinată a fi utilizată, păianjenul poate produce nu numai fir lipicios, ci și uscat, a cărui grosime variază semnificativ.

Funcțiile web și scopul acestuia

Pânzele sunt folosite de păianjeni într-o varietate de scopuri. Un adăpost țesut dintr-o rețea puternică și de încredere vă permite să creați cele mai favorabile condiții microclimatice pentru artropode și, de asemenea, servește ca un bun adăpost atât de vreme rea, cât și de numeroși inamici naturali. Multe arahnide artropode sunt capabile să își țese pânza în jurul pereților vizuinii lor sau să o transforme într-un fel de ușă în casa lor.

Acest lucru este interesant! Unele specii folosesc pânze ca transport, iar păianjenii tineri părăsesc cuibul parental pe fire lungi de pânză, care sunt culese de vânt și transportate pe distanțe considerabile.

Cel mai adesea, păianjenii folosesc pânze pentru a țese rețele de capcane lipicioase, ceea ce le permite să prindă efectiv prada și să ofere hrană artropodelor. Nu mai puțin faimoși sunt așa-numitele coconi de ou făcute din pânze, în interiorul cărora apar păianjeni tineri. Unele specii țes fire de siguranță asemănătoare pânzei care protejează artropodele de cădere în timp ce sar și pentru a muta sau prinde prada.

Web pentru reproducere

Sezonul de reproducere se caracterizează prin eliberarea de fire arahnoide de către femelă, care fac posibilă găsirea perechii optime pentru împerechere. De exemplu, bărbații care strâng pânzele sunt capabili să construiască, lângă plasele create de femele, șireturi miniaturale de împerechere în care sunt ademeniți păianjenii.

Păianjenii încrucișați masculi își atașează cu îndemânare pânzele orizontale de șuvițe aranjate radial de pânze de capcană făcute de femele. Aplicând lovituri puternice pânzei cu membrele lor, bărbații fac ca pânza să vibreze și astfel într-un mod neobişnuit, invită femelele să se împerecheze.

Web pentru prinderea pradei

Pentru a-și prinde prada, multe specii de păianjeni țes plase speciale de capcană, dar unele specii se caracterizează prin utilizarea unor lase și fire de pânză deosebite. Păianjenii care se ascund în vizuini plasează fire de semnalizare care se întind de la abdomenul artropodului până la intrarea în adăpostul acestuia. Când prada cade în capcană, vibrația firului de semnal este transmisă instantaneu păianjenului.

Plasele de prindere în spirală lipicioase sunt construite după un principiu ușor diferit. Când îl creează, păianjenul începe să țese de la margine și se deplasează treptat spre partea centrală. În acest caz, același decalaj între toate virajele este în mod necesar menținut, rezultând așa-numita „spirală a lui Arhimede”. Firele de pe spirala auxiliară sunt muscate special de păianjen.

Web pentru asigurare

Păianjenii săritori folosesc fire de pânză ca asigurare atunci când atacă o victimă. Păianjenii atașează un fir de siguranță al pânzei de orice obiect, după care artropodul sare pe prada intenționată. Același fir, atașat de substrat, este folosit pentru adăpost peste noapte și protejează artropodul de atacurile a tot felul de inamici naturali.

Acest lucru este interesant! Tarantulele din sudul Rusiei, părăsind vizuina acasă, trag în spatele lor un fir subțire de pânză, care le permite să găsească rapid drumul înapoi sau intrarea în adăpost, dacă este necesar.

Web ca transport

Până în toamnă, unele specii de păianjeni își eclozează puii. Păianjenii tineri care supraviețuiesc procesului de creștere încearcă să urce cât mai sus, folosind copaci, tufișuri înalte, acoperișuri de case și alte clădiri, garduri în acest scop. După ce a așteptat destul vânt puternic, păianjen mic produce o pânză subțire și lungă.

Distanța de mișcare depinde direct de lungimea unei astfel de pânze de transport. După ce a așteptat o tensiune bună a pânzei, păianjenul își mușcă capătul și decolează foarte repede. De regulă, „călătorii” pot zbura câțiva kilometri pe o rețea.

Păianjenii argintii folosesc pânze de păianjen ca transport pe apă. Acest păianjen necesită respirație pentru a vâna în corpuri de apă. aerul atmosferic. Când coboară în jos, artropodul este capabil să capteze o porțiune de aer, iar pe plantele acvatice se construiește un fel de clopot de aer din pânză, care reține aerul și permite păianjenului să-și vâneze prada.

Candidat la științe fizice și matematice E. Lozovskaya

Știință și viață // Ilustrații

Substanța adezivă care acoperă firul spiralei de prindere este distribuită uniform pe întreaga bandă sub formă de picături de mărgele. Imaginea arată locul în care două fragmente ale spiralei de captare sunt atașate de rază.

Știință și viață // Ilustrații

Etape inițiale construirea unei plase de prindere de către un păianjen încrucișat.

Spirala logaritmică descrie aproximativ forma firului spiralat auxiliar pe care păianjenul îl pune atunci când construiește o plasă de prindere în formă de roată.

Spirala lui Arhimede descrie forma firului de prindere adeziv.

Firele în zig-zag sunt una dintre caracteristicile pânzelor de păianjeni din genul Argiope.

Regiunile cristaline ale fibrei de mătase au o structură pliată similară cu cea prezentată în figură. Lanțurile individuale sunt conectate prin legături de hidrogen.

Păianjeni încrucișați tineri care tocmai au ieșit din coconul lor de pânză.

Păianjenii din familia Dinopidae spinosa țes o pânză între picioare și apoi o aruncă peste prada lor.

Păianjenul încrucișat (Araneus diadematus) este cunoscut pentru capacitatea sa de a țese pânze mari, în formă de roată.

Unele tipuri de păianjeni atașează și o „scara” lungă la capcana rotundă, ceea ce crește semnificativ eficiența vânătorii.

Știință și viață // Ilustrații

Așa arată la microscop tuburile de păianjen din care ies firele de mătase de păianjen.

S-ar putea ca păianjenii să nu fie cele mai atractive creaturi, dar creația lor, pânza, este nimic mai puțin uimitoare. Amintește-ți cum regularitatea geometrică a celor mai fine fire care sclipesc la soare, întinse între ramurile unui tufiș sau printre iarba înaltă, captivează privirea.

Păianjenii sunt unul dintre cei mai bătrâni locuitori ai planetei noastre, stabilindu-se pe pământ în urmă cu mai bine de 200 de milioane de ani. Există aproximativ 35 de mii de specii de păianjeni în natură. Aceste creaturi cu opt picioare, care trăiesc peste tot, sunt recunoscute întotdeauna și peste tot, în ciuda diferențelor de culoare și dimensiune. Dar cel mai important lucru este trăsătură distinctivă- aceasta este capacitatea de a produce mătase de păianjen, o fibră naturală de neegalat ca rezistență.

Păianjenii folosesc pânze pentru o varietate de scopuri. Ei fac coconi pentru ouă din el, construiesc adăposturi pentru iernare, îl folosesc ca „frânghie de siguranță” atunci când sară, țes plase complicate de capcană și înfășoară prada prinsă. O femelă pregătită pentru împerechere produce un fir de pânză marcat cu feromoni, datorită căruia masculul, mișcându-se de-a lungul firului, găsește cu ușurință un partener. Păianjenii tineri ai unor specii zboară departe de cuibul parental pe fire lungi purtate de vânt.

Păianjenii se hrănesc în principal cu insecte. Dispozitivele de vânătoare pe care le folosesc pentru a obține mâncare vin într-o varietate de forme și tipuri. Unii păianjeni pur și simplu întind mai multe fire de semnal în apropierea adăpostului lor și, de îndată ce o insectă atinge firul, se repezi spre el din ambuscadă. Alții aruncă înainte un fir cu o picătură lipicioasă la capăt, ca un fel de laso. Dar punctul culminant al activității de proiectare a păianjenilor sunt încă plasele rotunde în formă de roată, situate orizontal sau vertical.

Pentru a construi o plasă de prindere în formă de roată, păianjenul încrucișat, un locuitor comun al pădurilor și grădinilor noastre, produce un fir destul de lung și puternic. O adiere sau un flux de aer în creștere ridică firul în sus și, dacă locația pentru construirea pânzei este aleasă bine, se agață de cea mai apropiată ramură sau de alt suport. Păianjenul se târăște de-a lungul ei pentru a asigura capătul, uneori punând un alt fir pentru putere. Apoi eliberează un fir care atârnă liber și atașează o treime la mijlocul său, astfel încât să se obțină o structură în formă de Y - primele trei raze din mai mult de cincizeci. Când firele radiale și cadrul sunt gata, păianjenul se întoarce în centru și începe să așeze o spirală auxiliară temporară - ceva de genul „schelă”. Spirala auxiliară ține structura împreună și servește drept cale pentru păianjen atunci când construiește o spirală de prindere. Întregul cadru principal al plasei, inclusiv razele, este realizat din fir neadeziv, dar pentru spirala de prindere se folosește un fir dublu acoperit cu o substanță adezivă.

Ceea ce este surprinzător este că aceste două spirale au forme geometrice diferite. Spirala temporară are relativ puține ture, iar distanța dintre ele crește cu fiecare tură. Acest lucru se întâmplă deoarece, atunci când îl așează, păianjenul se mișcă în același unghi față de raze. Forma liniei întrerupte rezultată este apropiată de așa-numita spirală logaritmică.

Spirala de captare lipicioasă este construită după un principiu diferit. Păianjenul începe de la margine și se deplasează spre centru, păstrând aceeași distanță între viraje, creând o spirală lui Arhimede. În același timp, mușcă firele spiralei auxiliare.

Mătasea de păianjen este produsă de glande speciale situate în partea din spate a abdomenului păianjenului. Există cel puțin șapte tipuri de glande arahnoide cunoscute pentru a produce fire diferite, dar nicio specie de păianjen cunoscută nu are toate cele șapte tipuri simultan. De obicei, un păianjen are de la una până la patru perechi de aceste glande. Țeserea unei pânze nu este o sarcină rapidă și durează aproximativ o jumătate de oră pentru a construi o plasă de capcană de dimensiuni medii. Pentru a trece la producerea unui alt tip de pânză (pentru spirala de prindere), păianjenul are nevoie de un minut de răgaz. Păianjenii refolosesc adesea pânzele mâncând rămășițele unei plase de capcană care a fost deteriorată de ploaie, vânt sau insecte. Pânza este digerată în corpul lor cu ajutorul unor enzime speciale.

Structura mătăsii de păianjen a fost perfect dezvoltată pe parcursul a sute de milioane de ani de evoluție. Acest material natural combină două proprietăți minunate - rezistența și elasticitatea. O pânză făcută din pânze de păianjen poate opri o insectă care zboară la viteză maximă. Firul din care păianjenii țes baza pânzei lor de vânătoare este mai subțire decât un păr uman, iar rezistența sa specifică (adică calculată pe unitatea de masă) la tracțiune este mai mare decât cea a oțelului. Dacă comparați firul de păianjen cu sârma de oțel de același diametru, acestea vor suporta aproximativ aceeași greutate. Dar mătasea de păianjen este de șase ori mai ușoară, ceea ce înseamnă de șase ori mai puternică.

La fel ca părul uman, lâna de oaie și mătasea din coconii de viermi de mătase, pânzele de păianjen sunt compuse în principal din proteine. În ceea ce privește compoziția aminoacizilor, proteinele din pânza de păianjen - spidroinele - sunt relativ apropiate de fibroine, proteinele care alcătuiesc mătasea produsă de omizile viermilor de mătase. Ambele conțin cantități neobișnuit de mari de aminoacizi alanină (25%) și glicină (aproximativ 40%). Zonele de molecule de proteine bogate în alanină formează regiuni cristaline dens împachetate în pliuri, oferind o rezistență ridicată, iar acele zone în care există mai multă glicină reprezintă un material mai amorf care se poate întinde bine și, prin urmare, conferă elasticitate firului.

Cum se formează un astfel de fir? Nu există încă un răspuns complet și clar la această întrebare. Procesul de învârtire a pânzei a fost studiat în cele mai multe detalii folosind exemplul glandei ampullaide a păianjenului care țese orb și Nephila clavipes. Glanda ampulaid, care produce cea mai puternică mătase, constă din trei secțiuni principale: un sac central, un canal curbat foarte lung și un tub cu o ieșire. De la celule la suprafata interioara Picături mici sferice care conțin două tipuri de molecule de proteină spidroină ies din sac. Această soluție vâscoasă curge în coada sacului, unde alte celule secretă un alt tip de proteină - glicoproteine. Datorită glicoproteinelor, fibra rezultată capătă o structură cristalină lichidă. Cristalele lichide sunt remarcabile pentru că, pe de o parte, au grad înalt ordinea și, pe de altă parte, menținerea fluidității. Pe măsură ce masa groasă se deplasează spre ieșire, moleculele lungi de proteine sunt orientate și aliniate paralel între ele în direcția axei fibrei de formare. În acest caz, între ele se formează legături de hidrogen intermoleculare.

Omenirea a copiat multe dintre descoperirile de design ale naturii, dar un proces atât de complex precum învârtirea unei pânze nu a fost încă reprodus. Acest nu este o sarcină ușoară Oamenii de știință încearcă acum să o rezolve folosind tehnici biotehnologice. Primul pas a fost izolarea genelor responsabile de producerea proteinelor care alcătuiesc rețeaua. Aceste gene au fost introduse în celulele bacteriilor și drojdiei (vezi „Science and Life” nr. 2, 2001). Geneticienii canadieni au mers și mai departe - au crescut capre modificate genetic al căror lapte conține proteine dizolvate din pânza de păianjen. Dar problema nu este doar în obținerea proteinei de mătase de păianjen, este necesar să se simuleze procesul natural de filare. Dar oamenii de știință încă nu au învățat această lecție de la natură.

Ar putea fi util să citiți: