Реальна павутиння людини хімічний склад павука. Що міцніше – павутиння чи сталь? У кого найміцніше павутиння? Функції павутини та її призначення

У XVIII столітті хтось Бон із Монпельє зв'язав собі пару панчіх та рукавичок з павутини. Цей досвід використання павутинної нитки для текстильних цілей виявився єдиним. В даний час павутина застосовується лише як перехрестя точних оптичних приладів.

Павутина синтезується з амінокислот у крові павука. Відбувається це у клітинах, що у стінках павутинних залоз. Павутина виробляється крапельками; вони зливаються в порожнистій центральній частині залози. Ця в'язка рідина фактично є концентрованим розчином павутини. Розчин накопичується в залозах до тих пір, поки у павука не з'явиться потреба в павутинні і вона не потягнеться з проток павутинних бородавок. Павутина швидко витягується в тонку нитку і відразу ж переходить із в'язкого стану у твердий.

Речовини, які можуть бути витягнуті в нитки, зазвичай високомолекулярні полімери. Складаються вони із довгих тонких молекул. Молекули скручені, коли перебувають у розчині. Однак, якщо вони витягнуті з тонкого отвору, вони розвертаються та розташовуються по всій довжині волокна. Молекули утримуються у положенні поперечними зв'язками, які утворюються між сусідніми ланцюгами.

Пересуваючись, павук зазвичай плете подвійну нитку - так звану висячу. Вона утримує його від падіння і прикріплюється за допомогою приєднувальних дисків щоразу, коли павук повинен опуститися.

Висяча нитка іноді посилюється двома більш тонкими нитками. Вони використовуються і для виготовлення зовнішнього каркасу та радіальних ниток ловчої мережі. Інша основна частина ловчої мережі – спіральна нитка; вона фактично і захоплює мух, що потрапляють на неї.

Вся мережа дуже липка та надзвичайно еластична. Липкість їй надає безліч крапельок дуже в'язкої речовини, яка покриває обидві павутинки і утримує їх разом. При найменшому зіткненні з в'язкою ниткою муха прилипає. Нитка може розтягуватися, не розриваючись, якою б сильною не була жертва. Зазвичай це призводить до того, що муха заплутується й у сусідніх липких нитках. Утримуючи муху, павук щелепами, ногощу-пальцями та передніми лапками обертає її, тоді як задні його лапки витягують павутину з павутинних бородавок. Муха виявляється, таким чином, у павутинному «бинті», і павук часто забирає жертву у свій притулок, де на неї чекає доля або бути з'їденою відразу, або бути підвішеною «про запас».

Є ще одна павутина; вона використовується виготовлення кокона. Цією ниткою павук огортає яйця, що відкладаються восени. Кокон захищає яйця від негоди та посягань різних хижаків.

Павутина складається із білків. Білки, як відомо, відіграють найважливішу роль у будові та роботі всіх живих організмів. З них складається міозин у м'язах, колаген у сполучних тканинах, гемоглобін у крові, а також ферменти, які керують усіма. хімічними реакціямиу живому організмі.

Білки – великі молекули, побудовані з двадцяти різних амінокислот. Молекула білка павутини може складатися з одного або кількох ланцюгів, пов'язаних в одному або кількох місцях. Міцні поперечні зв'язки утворені амінокислотою цистином, може «чіплятися» до двох різних ланцюгів. Цистин може також утворити зв'язок між різними частинами одного і того ж ланцюга, утворюючи петлі.

Двадцять амінокислот можуть утворити безліч різних білків. Одна з основних цілей, до якої прагнуть хіміки, що займаються білками, - встановити кількість амінокислот у білку та їхнє взаєморозташування.

Для визначення амінокислотного складу розкладають на його амінокислоти складають кип'ятінням в соляній кислоті. Потім із суміші амінокислот виділяють всі компоненти. Двадцять п'ять років тому це було досить складною процедурою, яка вимагала великої кількостіматеріалу та часу і до того ж не завжди давала точні результати. В даний час повний аналіз амінокислот може бути здійснений на кількох міліграм матеріалу за один день. Вчені створили апарат, в якому суміш амінокислот спочатку розкладається на компоненти, а потім їх кількість автоматично реєструється і записується у вигляді графіків.

Ці аналітичні методи застосовані під час аналізу низки павутин. Існує велика різниця у складах нитки кокона та висячої нитки. Основні амінокислоти першої – аланін та серин, другий – гліцин та аланін. Більш ніж наполовину білок у кожному випадку утворений лише двома амінокислотами, хоча в них є і багато інших амінокислот. Найбільше в павутинні амінокислот із дуже короткими бічними ланцюгами.

Знати, як містяться амінокислоти в білку, дуже важливо. Але це ще не дозволяє пояснити всі властивості волокон. Ці властивості залежать значною мірою від цього, як ланцюга розташовані щодо одне одного.

У 1913 році батько і син Бреггі показали, що кристал будь-якої речовини, що обертається в рентгенівських променях, відбиває їх під деякими певними кутами, оскільки він складається з впорядковано розташованих атомів, які утворюють площини відбиття. У тому ж році два японці - Нікішава та Воно - встановили, що багато волокон, які, як передбачалося, не мали кристалічної структури, теж дають певні відображення.

Існуючі рентгенограми павутинних ниток виглядають невиразно, якщо порівнювати їх із рентген грамами істинних кристалів, проте вони можуть дати значну інформацію про структуру павутиння. Той факт, що така рентгенограма містить плями, свідчить про наявність у волокнах павутини кристалічних ділянок, які мають впорядковане розташування атомів. Заслуга визначення структури цих кристалічних ділянок належить насамперед професору Лайнусу Полінгу з Каліфорнійського технологічного інституту та професору Уорвікеру.

Завдяки цим дослідженням ми знаємо, що майже всі види павутини мають схожу структуру. Зразкове уявлення про неї можна отримати, накресливши кілька рівновіддалених паралельних ліній на листку паперу, а потім зібравши в складки цей лист під прямими кутами до ліній. Лінії є довгими пептидними ланцюгами, а місця, де вони перетинаються зі складками, позначають положення атомів вуглецю, від яких відходять бічні ланцюги. Вони йдуть під прямими кутами до площини листа.

А тепер розглянемо якусь кількість аналогічних аркушів, складених разом; щільність їхньої «упаковки» залежатиме від розмірів І-груп. Майже всі павутиння мають ланцюги, розташовані аналогічним чином у межах листів, і відрізняються лише відстанню між листами: воно коливається від 3,3 до 15,6 ангстрем.

Нитка павутини під це довгі правильні циліндри з майже правильним круговим поперечним перерізом. Один спосіб порівняння тонкощі волокон – вказати вагу певної довжини волокна. Для павутиння він зазвичай виявляється у деньі - вазі в грамах 9 кілометрів нитки. У цій системі вимірювання нитка шовковичного черв'яка важить 1 день, тоді як людське волосся - 40-50 день. Вага нитки кокона павука - 0,7 день, а висячої нитки - ще менше, 0,07 день. Висяча нитка, що обвила земну кулю за екватором, важила б лише близько 340 грамів.

Міцність та розтяжність ниток мають важливе значеннядля текстильної промисловості. Щоб порівняти нитки різної товщини, їхню міцність зазвичай виражають через міцність на розрив, тобто через розривне навантаження, поділене на грошах. Розривна міцність, таким чином, виявляється у грамах на деньі. Середня розривна міцність ниток кокона становить 2,2 г/день, а висить нитки-7,8 г/день. Подовження на момент розриву досягає відповідно 46% і 31%.

На відміну від висить нитки, нитка кокона порівняно неміцна, і це пояснюється її призначенням. Вона і не повинна витримувати більшої напруги, її завдання - створювати захисну оболонку для коконів. Для цього павук плете шестишарову пряжу з нитки, що в'ється. Кожна нитка кокона складається із шести павутинок. Ця павутинна оболонка нагадує об'ємну пряжу, яка була розроблена в останні рокидля виготовлення еластичного трикотажу із штучних волокон.

Спіральна нитка ловчої сітки, яка утворює липку павутинну пастку, дуже еластична. Її розтягнення і стиск повністю оборотні, і в цьому плані вона нагадує гуму.

Одне із завдань промисловості штучних матеріалівполягає в тому, щоб постачати покупцям матеріали з певними властивостями. Тканина для нижньої білизни, наприклад, повинна зберігати тепло та поглинати вологу, а для корду покришок необхідна дуже міцна тканина.

Розробка штучних білкових волокон знаходиться ще в зародковому стані, оскільки ми поки що не можемо створити довгих ланцюгів зі складною амінокислотною структурою. Можна, однак, взяти одну амінокислоту і полімеризувати її в довгі ланцюги, наприклад, поліаланін або підлогу і метил глютамаг, отримавши з них хороші тканини. Можна також отримати високомолекулярні полімери з дипептидною послідовністю, що повторюється, наприклад, …гліцин - аланін - гліцин - аланін - гліцин-аланін…

Подальше вивчення різних видів павутиння - ось той шлях, який, напевно, допоможе нам у створенні штучних білкових волокон.

PS Про що ще говорять британські вчені: про те, що в майбутньому на основі більш детального, молекулярного вивчення, як павутинної нитки, так і інших природних матеріалів вчені зможуть отримати різні ультракорисні речі для нашого побуту, наприклад, надміцні
жби вироби, зроблені зі спеціальних полімерів або ще щось таке.

Представників загону павукоподібних можна зустріти всюди. Це хижаки, які полюють на комах. Свою здобич вони ловлять за допомогою павутиння. Це гнучке та міцне волокно, до якого приклеюються мухи, бджоли, комарі. Як павук плете павутину, цим питанням часто задаються побачивши дивовижної ловчої мережі.

Що таке павутиння?

Павуки одні з найдавніших мешканців планети, через невеликий розмір і специфічний зовнішнього виглядуїх помилково вважають комахами. Насправді це представники загону членистоногих. Тіло павука має вісім ніг та два відділи:

головогруди;
черевце.

На відміну від комах вони не мають вусиків і шиї, що відокремлює голову від грудей. Брюшко арахніда своєрідна фабрика з виробництва павутиння. У ньому розташовані залози, що виробляють секрет, що складається з білка, збагаченого аланіном, що надає міцність, і гліцином, що відповідає за еластичність. За хімічною формулою павутиння близька до шовку комах. Усередині залоз секрет знаходиться в рідкому стані, а на повітрі твердіє.

Інформація. Шовк гусениць шовкового шовкопряда і павутиння мають подібний склад - на 50% це білок фіброїн. Вчені з'ясували, що нитка павука значно міцніша за секрет гусениць. Це пояснюється особливістю формування волокна

Звідки береться павутиння у павука?

На черевці членистоногого розташовані вирости – павутинні бородавки. У верхній частині розкриваються канали павутинних залоз, формують нитки. Налічується 6 типів залоз, що виробляють шовк для різних цілей (переміщення, опускання, обплутування видобутку, зберігання яєць). В одного виду всі ці органи одночасно не зустрічаються, зазвичай у особини 1-4 пари залоз.

На поверхні бородавок налічується до 500 прядильних трубочок, що подають білковий секрет. Павук пряде павутину так:

павутинні бородавки притискаються до основи (дерево, трава, стіна тощо);
невелика кількість білка прилипає до вибраного місця;
павук відходить, витягаючи нитку задніми лапками;
для основної роботи використовуються довгі та гнучкі передні лапки, з їх допомогою створюється каркас із сухих ниток;
завершальний етап виготовлення мережі – формування липких спіралей.

Завдяки спостереженням вчених стало відомо, звідки у павука виходить павутиння. Її випускають рухливі парні бородавки на черевці.

Цікавий факт. Павутина дуже легка, вага нитки, що обмотала Землю по екватору, становила б лише 450 г.

Павук витягає нитку з черевця

Як будується ловча мережа

Вітер – найкращий помічник павука у будівництві. Діставши тонку нитку з бородавок, арахнід підставляє її під потік повітря, який відносить застиглий шовк на значну відстань. Це секретний спосіб, як павук плете павутину між деревами. Павутинка легко чіпляється до гілок дерев, використовуючи її як канат, арахнід пересувається з місця на місце.

У структурі павутиння простежується певна схема. Її основу складає каркас із міцних та товстих ниток, розташованих у вигляді променів, що розходяться з однієї точки. Починаючи із зовнішньої частини, павук створює кола, поступово рухаючись до центру. Дивно, що без жодних пристроїв він витримує однакову відстань між кожним колом. Ця частина волокон липка, саме в ній застрягатимуть комахи.

Цікавий факт. Павук поїдає власну павутину. Вчені пропонують два пояснення цьому факту - таким чином поповнюється втрата білка при ремонті мережі лову або павук просто п'є воду, що повисла на шовкових нитках.

Складність малюнка павутини залежить від виду павукоподібного. Нижчі членистоногі будують прості мережі, а вищі складні геометричні схеми. Підраховано, що будує пастку з 39 радіусів та 39 спіралей. Крім гладких радіальних ниток, допоміжної та спритної спіралі існують сигнальні нитки. Ці елементи вловлюють і передають хижакові вібрацію видобутку, що попався. Якщо трапляється сторонній предмет (гілка, листок), маленький господар відокремлює і викидає, потім відновлює мережу.

Великі деревні павукоподібні натягують пастки діаметром до 1 м. У них потрапляють не тільки комахи, а й дрібні птахи.

Скільки часу павук плете павутину?

На створення ажурної пастки для комах хижак витрачає півгодини до 2-3 годин. Час його роботи залежить від погодних умов та запланованих розмірів мережі. Деякі види плетуть шовкові нитки щодня, роблячи це вранці чи ввечері, залежно від способу життя. Один із факторів, за скільки павук плете павутину, її вигляд – плоска чи об'ємна. Плоска – це звичний для всіх варіант радіальних ниток і спіралей, а об'ємна – пастка з грудки волокон.

Призначення павутиння

Тонкі мережі є не лише пастками для комах. Роль павутиння у житті павукоподібних набагато ширша.

Лов видобутку

Всі павуки хижаки, що вбивають свою жертву отрутою. При цьому деякі особини мають тендітну статуру і самі можуть стати жертвою комах, наприклад, ос. Для полювання їм потрібний притулок та пастка. Липкі волокна виконують цю функцію. Видобуток, що потрапив у мережу, вони обплутують коконом з ниток і залишають, поки впорснутий фермент не приведе її в рідкий стан.

Шовкові волокна павукоподібних тонші за людське волосся, але їх питома міцність на розрив можна порівняти зі сталевим дротом.

Розмноження

У період парування самці прикріплюють до павутиння самки власні нитки. Завдаючи ритмічних ударів по шовкових волокнах, вони повідомляють потенційній партнерці про свої наміри. Самка, що приймає залицяння, спускається на територію самця для спарювання. У деяких видах ініціатор пошуку партнера є самка. Вона виділяє нитку із феромонами, завдяки яким її знаходить павук.

Будинок для потомства

З шовкового павутинного секретуплетуться кокони для яєць. Їхня кількість залежно від виду членистоногих становить 2-1000 штук. Павутинні мішечки з яйцями самки підвішують у безпечному місці. Оболонка кокона досить міцна, вона складається з декількох шарів і просочується рідким секретом.

У своїй нірці павукоподібні обплітають стінки павутинням. Це допомагає створити сприятливий мікроклімат, служить захистом від негоди та природних ворогів.

Переміщення

Одна з відповідей, навіщо павук плете павутину – він використовує нитки як транспортний засіб. Щоб переміщатися між деревами та кущами, швидко розумітися та опускатися йому необхідно міцні волокна. Для польотів на далекі відстані павуки забираються на піднесення, випускають павутину, що швидко застигає, а потім з поривом вітру відносяться на кілька кілометрів. Найчастіше подорожі відбуваються у теплі ясні дні бабиного літа.

Чому павук не прилипає до свого павутиння?

Щоб не потрапити у свою пастку, павук робить кілька сухих ниток для пересування. Прекрасно орієнтуюся в хитросплетіннях мереж, він безпечно підбирається до здобичі. Зазвичай у центрі ловчої мережі залишається безпечна ділянка, де хижак чекає на видобуток.

Інтерес вчених до взаємодії павукоподібних з їх мисливськими пастками виник понад 100 років тому. Спочатку було висунуто припущення про наявність на їх лапках спеціального мастила, що запобігає прилипанню. Підтверджень теорії так і не знайшли. Зйомка спеціальною камерою руху ніг павука по волокнах із застиглого секрету дав пояснення дотику.

Павук не прилипає до свого павутиння за трьома факторами:

безліч пружних волосків на його лапках зменшує площу зіткнення з липкою спіраллю;
кінчики павучих ніг покриті маслянистою рідиною;
переміщення відбувається особливим чином.

Який секрет будови лапок допомагає арахнідам уникнути прилипання? На кожній нозі павука є два опорні пазурі, якими він чіпляється за поверхню, і один гнучкий кіготь. Під час руху він притискає нитки до гнучких волосків на лапці. Коли павук піднімає лапку, кіготь розпрямляється, а волоски відштовхують павутину.

Інше пояснення – відсутність безпосереднього контакту ноги павукоподібного та липких крапель. Вони потрапляють на волоски лапки, а потім легко стікають назад на нитку. Які б теорії не розглядали зоологи, незмінним залишається той факт, що павуки не стають в'язнями своїх липких пасток.

Плести павутину можуть й інші павукоподібні – кліщі та хибноскорпіони. Але їхні мережі не зрівняються за міцністю та майстерним переплетенням з творами справжніх майстрів – павуків. Сучасна наукапоки що не в змозі відтворити павутину синтетичним методом. Технологія виготовлення павутинного шовку залишається однією із загадок природи.

Напевно, кожен з вас звертав увагу на витончені, ажурні, шовковисті «хусточки», які розвішують павуки на деревах і траві сонячним літом. Коли сріблясті росинки блищать на ажурній павуковій пряжі - видовище, погодьтеся, дуже красиве і чарівне. Але виникає кілька питань: "де утворюється і як використовується павуком павутиння", "звідки вона береться і з чого складається". Спробуємо сьогодні розібратися, навіщо ж ця тварина прикрашає все довкола своєю «вишивкою».

Зупинилися на годинку

Дуже багато вчених присвячували павукам та їх павутинню не тільки цілі трактати та години, а й роки свого життя. Як казав Андре Тількін, відомий філософз Франції, плетіння павутиння - це дивовижний спектакль, який можна дивитися годинами та годинами. Він написав понад п'ятсот сторінок трактату про павутину.

Німецький вчений Г. Петерс стверджував, що, спостерігаючи за павуками годинами, навіть не помічаєш, як пролітає час. Він ще до Тількіна розповів світові про те, хто такі ці дивовижні створення, як павук плете свою павутину, навіщо вона необхідна.

Напевно, і ви не раз, побачивши на листочку маленького павука, який займається своєю кропіткою роботою, зупинялися і спостерігали. Але у нас завжди не вистачає часу на прекрасні дрібниці, ми завжди поспіхом, тому й не можемо зупинитися, затриматися трохи довше. Якби був цей час, кожен з нас напевно міг би відповісти на запитання: «Як з'являється павутиння, чому павук не прилипає до свого павутиння?».

Давайте зупинимося на мить і розберемося. Адже питання справді цікаве, а процес заворожливий.

Звідки вона береться?

Павуки - найдавніші створіння, що живуть на землі понад двісті мільйонів років. Без своєї павутини вони, мабуть, не були б такі цікаві людству. Так звідки виділяється павутиння у павуків і що є?

Павутина - це вміст спеціальних залоз, які мають багато членистоногі (хибноскорпіони, павуки, павутинні кліщі і т. д.). Рідкий вміст здатний витягуватись і не рватися при цьому. Найтонші нитки, що утворилися, дуже швидко тверднуть на повітрі.

Кожен павук має кілька специфічних залоз на тілі, які відповідають за вироблення павутиння. Різні залози утворюють різного видута щільності павутиння. Розташовуються вони на черевці у вигляді найтонших проток і звуться «павучі бородавки». Саме з цих отворів і виділяється рідкий секрет, який незабаром перетворюється на прекрасне павутиння.

За допомогою лап павук розподіляє, «розвішує» павутину там, де це потрібно. Найдовші у павука передні лапки, саме вони виступають у головної ролі. А за допомогою задніх лап він захоплює краплі рідини та розтягує їх до необхідної довжини.

Вітер на допомогу

Правильному розподілу павутини сприяє і вітерець. Якщо павук вибирає правильне місце для розміщення, наприклад між деревами або в листі, то вітер допомагає рознести нитки туди, куди потрібно. Якщо ви хотіли собі відповісти на питання про те, як павук плете павутину між деревами, то ось і відповідь. Йому допомагає вітер.

Коли одна нитка зачепилася за потрібну гілочку, павук проповзає, перевіряє міцність основи та випускає таку. До середини першої прикріплює другу і таке інше.

Етапи будівництва

Основа павутиння дуже схожа на сніжинку або точку, з центру якої розходиться кілька промінців. Ці центральні нитки-промінчики найщільніші і найтовщіші за своєю структурою. Іноді павук робить основу відразу з кількох ниток, начебто заздалегідь зміцнюючи свої стежки.

Коли основа буде готова, тварина переходить до будівництва «ловчих спіралей». Вони виготовляються вже зовсім з іншого виду павутиння. Ця рідина відрізняється клейкістю, добре липне. Саме з липкого павутиння і будуються кола на основі.

Павук починає своє будівництво із зовнішнього кола, поступово просуваючись до центру. Він дивним чином відчуває відстань між колами. Абсолютно не маючи під рукою циркуля або спеціальних вимірювальних приладів, павук безпомилково розподіляє павутину так, що між колами є виключно однакова відстань.

Чому сам не прилипає?

Напевно, всі ви знаєте, як павуки полюють. Як їхній видобуток плутається в липкому павутинні і гине. І, мабуть, кожен хоч раз ставив собі запитання: «А чому павук не прилипає до свого павутиння?»

Розгадка криється у специфічній тактиці будівництва павутини, яку ми описували трохи вище. Павутина виготовляється з кількох видів ниток. Основа, за якою павук і переміщається, робиться із звичайної, дуже міцної та абсолютно безпечної нитки. А ось «ловчі» кола виготовляються, навпаки, з липкої та смертоносної для багатьох комах нитки.

Функції павутиння

Отже, ми розібралися, як утворюється павутиння і де утворюється. І як використовується павуком павутиння, теж зможемо відповісти. Першорядне завдання павутиння - звичайно ж, видобуток харчування. Коли "їжа" потрапляє в павутиння, павук одразу відчуває вібрацію. Він наближається до видобутку, швиденько його завертає в міцну «ковдру», відкриває край і забирає їжу в те місце, де ніхто йому не завадить насолодитися трапезою.

Але окрім видобутку харчування, павутиння служить павуку ще для деяких цілей. З неї робиться кокон для яєць та будинок для житла. Павутина виступає в ролі своєрідного гамака, на якому відбуваються шлюбні ігри та парування. Вона виступає у ролі парашута, який дозволяє швидко втекти від небезпечних ворогів. З її допомогою павуки за необхідності можуть пересуватися деревами.

Міцніше стали

Отже, ми вже знаємо, як павук плете павутину і які її особливості, як вона утворюється і як будуються липкі сітки для видобутку їжі. Але залишається питання про те, чому ж павутиння таке міцне.

Незважаючи на те, що всі павукові конструкції різноманітні, вони мають однакову властивість - підвищену міцність. Це забезпечується за рахунок того, що до складу павутиння входить білок – кератин. До речі, він також міститься в кігтях тварин, шерсті, пір'ї птахів. Волокна павутиння відмінно розтягуються і потім повертаються у свій первісний вигляд, причому не рвуться.

Вчені кажуть, що павутиння за своєю міцністю набагато перевершує натуральний шовк. Останній має міцність розриву 30-42 г/мм 2 а от павутина - близько 170 г/мм 2 . Відчутна різниця.

Як павук плете павутину – це зрозуміло. Що вона міцна – теж питання вирішили. А ось чи знали ви, що незважаючи на таку міцність, павутиння в кілька тисяч разів тонше за волосся людини? Якщо порівнювати показники розриву павутиння та інших ниток, вона перевершує як шовк, а й віскозу, нейлон, орлон. Навіть міцна сталь не зрівняється за міцністю з нею.

Чи знали ви, що від того, як павук плете павутину, завіситиме кількість жертв, які в ній виявляться?

Коли в павутинні виявляється видобуток, він не лише прилипає до «ловчої» мережі, а й уражається електричним зарядом. Він утворюється від самих комах, які в процесі польоту накопичують заряд, а потрапляючи в павутину, віддають його ниткам і вражають себе.

Знаючи, як павук плете павутину і які вона має «міцні» якості, чому люди досі не виготовляють із таких ниток одяг? Виявляється, за часів Людовіка XIVодин із майстрів спробував пошити з ниток павука рукавички та шкарпетки для короля. Однак ця робота виявилася дуже складною, копіткою і тривалою.

У Південній Америці павукові мережідопомагають не тільки самим виготовлювачам, а й місцевим мавпам. Тварини завдяки міцності мереж спритно і безбоязно пересуваються ними.

Павутина є своєрідним секретом, що виробляється павутинними залозами. Такий секрет через незначний час після виділення здатний застигати у формі міцних білкових ниток. Павутину виділяють не тільки павуки, але й деякі інші представники з групи павукоподібних, включаючи хибноскорпіонів і кліщів, а також губоногих багатоніжок.

Як павуки виробляють павутину

Велика кількість павутинних залоз розташовується в черевній порожнині павука.. Протоки таких залоз відкриваються в найдрібніші прядильні трубочки, що мають вихід на кінцеву частину спеціальних павутинних бородавок. Кількість прядильних трубочок може змінюватись в залежності від виду павука. Наприклад, дуже поширений павук-хрестовик має п'ять сотень.

Це цікаво!У павутинних залозах виробляє рідкий і в'язкий білковий секрет, особливістю якого є здатність практично миттєво твердіти під впливом повітря і перетворюватися на тонкі довгі нитки.

Процес прядіння павутиння полягає у притисканні павутинних бородавок до субстрату. Перша, незначна частина секрету, що виділився, застигає і надійно приклеюється до субстрату, після чого павук витягує в'язкий секрет за допомогою задніх ніг. У процесі видалення павука від місця прикріплення павутиння, білковий секрет розтягується і швидко твердне. На сьогоднішній день відомо і досить добре вивчено сім різних видівпавутинних залоз, якими виробляються різні типиниток.

Склад та властивості павутини

Павутина павука є білковим з'єднанням, до складу якого також входять гліцин, аланін та серин. Внутрішня частинаутворених ниток представлена твердими білковими кристалами, розмір яких не перевищує кілька нанометрів. Кристали поєднуються за допомогою дуже еластичних білкових зв'язок.

Це цікаво!Незвичайною властивістю павутиння є її внутрішня шарнірність. При підвішуванні на павутинне волокно будь-який предмет можна необмежену кількість разів обертати, без утворення перекручування.

Первинні нитки переплітаються павуком і стають товстішим павутинним волокном. Показники міцності павутини наближені до аналогічних параметрів нейлону, але значно міцніше, ніж секрет шовкопряда тутового. Залежно від того, з якою метою передбачається використовувати павутину, павуком може виділятися не тільки липка, але також суха нитка, товщина якої значно варіюється.

Функції павутини та її призначення

Павутина використовується павуками в різних цілях. Соткане з міцної та надійної павутини притулок дозволяє створювати для членистоногих найбільш сприятливі мікрокліматичні умови, а також служить гарним укриттям як від негоди, так і від численних природних ворогів. Багато членистоногі павукоподібні здатні обплітати своєю павутиною стінки своєї нірки або робити з неї своєрідні двері в житло.

Це цікаво!Деякі види використовують павутину у вигляді транспорту, а молоді павуки залишають батьківське гніздо на довгих нитках павутинних, які підхоплюються вітром і переносяться на значні відстані.

Найчастіше павуки використовують павутину для плетіння липких ловчих мереж, що дозволяє ефективно ловити видобуток та забезпечувати членистоногому харчування. Не менш відомі так звані яйцеві кокони з павутини, всередині яких з'являються молоді павуки.. Деякі види плетуть павутинні страхувальні нитки, що захищають членистоногое від падіння в процесі стрибка і для переміщення або лову видобутку.

Павутиння для розмноження

Для періоду розмноження характерне виділення самкою павутинних ниток, які дозволяють знайти оптимальну пару для парування. Наприклад, самці-тенетники здатні споруджувати поряд з мережами, створеними самками, мініатюрні за розмірами шлюбні мережива павутиння, в які і заманюються павучіхи.

Самці павуків-хрестовиків спритно приєднують свої горизонтальні павутини до радіально розташованих ниток ловчих мереж, зроблених самками. Наносячи по павутині сильні удари кінцівками, самці викликають коливання сітки незвичайним чином, запрошують самок на спарювання.

Павутиння для лову видобутку

З метою упіймання свого видобутку багато видів павуків плетуть спеціальні ловчі мережі, але для деяких видів характерно використання своєрідних павутинних арканів та ниток. Павуки, що ховаються в житлах-норах, розставляють сигнальні нитки, що тягнуться від черевця членистоногого до входу до його притулку. При попаданні видобутку в пастку коливання сигнальної нитки моментально передається павуку.

Липкі ловчі мережі-спіралі будуються трохи за іншим принципом. При її створенні павук починає плетиво з краю і поступово просувається до центральної частини. І тут обов'язково зберігається однаковий проміжок між усіма витками, у результаті виходить так звана «спіраль Архімеда». Нитки на допоміжній спіралі спеціально обкушуються павуком.

Павутина для страховки

Павуками-скакунчиками використовуються павутинні нитки як страховка при нападі на жертву. Павуками прикріплюється страхувальна нитка павутини до будь-якого предмета, після чого членистоноге стрибає на намічений видобуток. Ця ж нитка, прикріплена до субстрату, використовується для ночівлі та страхує членистоногого від нападу всіляких природних ворогів.

Це цікаво!Південноросійські тарантули, залишаючи своє житло-нору, тягнуть за собою найтоншу павутинну нитку, що дозволяє швидко знайти при необхідності дорогу назад або вхід у притулок.

Павутина як транспорт

До осені деякі види павуків виводять молодь. Молоді павуки, які вижили в процесі дорослішання, намагаються підбиратися якомога вище, використовуючи з цією метою дерева, високорослі чагарники, дахи будинків та інші будівлі, паркани. Дочекавшись достатньо сильного вітру, маленький павучоквипускає тонку і довгу павутинку.

Від довжини такої транспортної павутини залежить відстань переміщення. Дочекавшись гарного натягу павутинки, павук відкушує її кінець і дуже швидко злітає. Як правило, «мандрівники» здатні пролетіти на павутинні кілька кілометрів.

Павуками-сріблянками павутина застосовується як водного транспорту. Для полювання у водоймищах цьому павуку потрібне дихання атмосферним повітрям. При спуску на дно членистоногое здатне захоплювати порцію повітря, а на водних рослинах з павутини споруджується своєрідний повітряний дзвін, який утримує повітря і дозволяє павуку полювати на свій видобуток.

Кандидат фізико-математичних наук О. Лозовська

Наука та життя // Ілюстрації

Клейка речовина, що покриває нитку ловчої спіралі, рівномірно розподіляється по павутині у вигляді крапельок-бусок. На знімку показано місце приєднання двох фрагментів спіралі до радіусу.

Наука та життя // Ілюстрації

Початкові етапипобудови ловчої мережі павуком-хрестовиком.

Логарифмічна спіраль приблизно описує форму допоміжної спіральної нитки, яку прокладає павук при будівництві колесовидної ловчої мережі.

Спіраль Архімеда описує форму клейкої нитки.

Зигзагоподібні нитки – одна з особливостей тіне павуків роду Argiope.

Кристалічні області шовкового волокна мають складчасту структуру, на кшталт тієї, що зображено малюнку. Окремі ланцюги з'єднані водневими зв'язками.

Юні павуки-хрестовики, що тільки-но вибралися з павутинного кокона.

Павуки сімейства Dinopidae spinosa плетуть сітку з павутиння між своїх ніг і потім накидають її на жертву.

Павук-хрестовик (Araneus diadematus) відомий своїм умінням плести великі колесоподібні ловчі мережі.

Деякі види павуків пристосовують до круглої пастки ще й довгу "драбину", яка суттєво підвищує ефективність полювання.

Наука та життя // Ілюстрації

Так виглядають під мікроскопом павутинні трубочки, з яких виходять нитки павутинного шовку.

Можливо, павуки - не найпривабливіші створіння, але їхнє творіння - павутиння - не може не викликати захоплення. Згадайте, як зачаровує погляд геометрична правильність тонких ниток, що переливаються на сонці, розтягнутих між гілками чагарника або серед високої трави.

Павуки - одні з найдавніших мешканців нашої планети, що заселили сушу понад 200 мільйонів років тому. У природі налічується близько 35 тисяч видів павуків. Ці восьминогі істоти, що мешкають повсюдно, пізнавані завжди і всюди, незважаючи на відмінності у фарбуванні та розмірах. Але найголовніша їх відмінна риса- це здатність виробляти павутинний шовк, неперевершене за міцністю натуральне волокно.

Павуки використовують павутину для різних цілей. Вони роблять з неї кокони для яєць, будують притулки для зимівлі, використовують як "страхувальний канат" при стрибках, плетуть хитромудрі ловчі мережі і загортають спійманий видобуток. Готова до спарювання самка виробляє павутинну нитку, помічену феромонами, завдяки чому самець, рухаючись уздовж нитки, легко знаходить партнерку. Молоді павуки деяких видів відлітають із батьківського гнізда на довгих нитках, підхоплених вітром.

Харчуються павуки переважно комахами. Ловчі пристосування, якими вони користуються для добування їжі, бувають різних форм і видів. Деякі павуки просто простягають кілька сигнальних ниток поряд зі своїм притулком і, як тільки комаха зачіпає за нитку, кидаються на неї із засідки. Інші – викидають нитку з клейкою краплею на кінці вперед, як своєрідний аркан. Але вершина конструкторської діяльності павуків - це все-таки круглі колесоподібні мережі, розташовані горизонтально або вертикально.

Щоб побудувати колесоподібну мережу, павук-хрестовик, звичайний мешканець наших лісів і садів, випускає досить довгу міцну нитку. Вітерець або висхідний потік повітря піднімає нитку вгору, і, якщо місце для будівництва павутини вибрано вдало, вона чіпляється за найближчу гілку чи іншу опору. Павук проповзає нею, щоб закріпити кінець, іноді прокладаючи для міцності ще одну нитку. Потім він випускає вільно звисаючу нитку і до її середини прикріплює третю, так що виходить конструкція у формі букви Y - перші три радіуси з більш ніж півсотні. Коли радіальні нитки та рама готові, павук повертається до центру та починає прокладати тимчасову допоміжну спіраль - щось на кшталт "будівельних лісів". Допоміжна спіраль скріплює конструкцію і служить павуку доріжкою при побудові спіралі. Весь основний каркас мережі, включаючи радіуси, робиться з неклейки нитки, а ось для ловчої спіралі використовується подвійна нитка, покрита речовиною, що клеїть.

Дивно те, що ці дві спіралі мають різну геометричну форму. Тимчасова спіраль має відносно мало витків і відстань між ними з кожним витком збільшується. Це відбувається тому, що, прокладаючи її, павук рухається під однаковим кутом до радіусів. Форма ламаної лінії, що вийшла, близька до так званої логарифмічної спіралі.

Липка ловча спіраль будується за іншим принципом. Павук починає з краю і просувається до центру, зберігаючи однакову відстань між витками, і виходить спіраль Архімеда. При цьому він кусає нитки допоміжної спіралі.

Павутинний шовк виробляється особливими залозами, що розташовані в задній частині черевця павука. Відомо принаймні сім типів павутинних залоз, що виробляють різні нитки, але в жодного з відомих видів павуків не зустрічаються всі сім типів одночасно. Зазвичай у павука від однієї до чотирьох пар цих залоз. Плетіння павутиння справа не швидка, і на побудову ловчої мережі середнього розміру йде приблизно півгодини. Щоб переключитися на виробництво павутиння іншого виду (для ловчої спіралі), павуку потрібен хвилинний перепочинок. Павуки часто використовують павутину повторно, з'їдаючи залишки ловчої мережі, пошкодженої дощем, вітром чи комахами. Павутина перетравлюється у тому організмі з допомогою спеціальних ферментів.

Структура павутинного шовку ідеально відпрацьована сотні мільйонів років еволюції. Цей природний матеріал поєднує в собі дві чудові властивості - міцність та еластичність. Мережа з павутини здатна зупинити комаху, що летить на повній швидкості. Нитка, з якої павуки плетуть основу своєї ловчої мережі, тонша за людську волосину, а її питома (тобто перерахована на одиницю маси) міцність на розрив вища, ніж у сталі. Якщо порівнювати павутинну нитку зі сталевим дротом такого ж діаметра, то вони витримають приблизно однакову вагу. Але павутинний шовк у шість разів легший, а значить, у шість разів міцніший.

Подібно до людського волосся, вовни вівці та шовку коконів гусениці шовкопряда, павутина складається в основному з білків. За амінокислотним складом білки павутини - спідріни - відносно близькі до фіброїнів, білків, з яких складається шовк, що виробляється гусеницями шовкопряда. І ті й інші містять надзвичайно багато амінокислот аланіну (25%) та гліцину (близько 40%). Ділянки білкових молекул, багаті аланіном, утворюють щільно упаковані в складки кристалічні області, що забезпечують високу міцність, а ті ділянки, де більше гліцину, являють собою аморфніший матеріал, здатний добре розтягуватися і тим самим надає нитки еластичність.

Як утворюється така нитка? На це питання поки що немає повної та чіткої відповіді. Найбільш детально процес прядіння павутиння був вивчений на прикладі ампуловидної залози павука-кругопря і Nephila clavipes. Ампуловидна залоза, що виробляє найміцніший шовк, складається з трьох основних відділів: центрального мішечка, дуже довгого зігнутого каналу та трубочки з вихідним отвором. З клітин на внутрішньої поверхнімішечка виходять маленькі сферичні крапельки, що містять молекули білка спіддроїну двох типів. Цей в'язкий розчин перетікає у хвостову частину мішечка, де інші клітини виділяють білки іншого типу – глікопротеїни. Завдяки глікопротеїнам волокно, що утворюється, набуває рідкокристалічну структуру. Рідкі кристали чудові тим, що, з одного боку, вони мають високий ступіньвпорядкованості, з другого - зберігають плинність. Поки густа маса рухається до вихідного отвору, довгі молекули білків орієнтуються і вишиковуються паралельно один одному в напрямку осі волокна, що формується. У цьому з-поміж них утворюються міжмолекулярні водневі зв'язку.

Людство скопіювало багато конструкторських знахідок природи, але такий складний процес, як прядіння павутиння, відтворити поки не вдається. Цю непросте завданнявчені зараз намагаються вирішити за допомогою біотехнологічних прийомів. Першим кроком стало виділення генів, відповідальних за виробництво білків, з яких складається павутиння. Ці гени були впроваджені в клітини бактерій та дріжджів (див. "Наука і життя" № 2, 2001). Канадські генетики пішли ще далі – вони вивели генетично модифікованих кіз, молоко яких містить розчинені білки павутиння. Але проблема у тому, щоб отримати білок павутинного шовку, необхідно змоделювати природний процес прядіння. А цей урок природи вченим ще належить вивчити.

Можливо, буде корисно почитати: