Чому павутиння так досконала

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Що міцніше павутиння

Морські блюдечка побили рекорд павуків зі створення найміцнішого матеріалу.

Серед природних матеріалів павутина відрізняється особливою міцністю – щоб її розірвати, потрібно докласти значних зусиль: межа міцності на розрив павутини становить 1,3 гігапаскаля (ГПа). Це вище, ніж у сталі, і досі вважалося, що міцніше за павутинну нитку в природній природі нічого немає.

Морські блюдечка Patella vulgata, вид зверху. (Фото Nick Upton / Robert Harding World Imagery / Corbis.)

Речовина зубів морських блюдечок: нитки гетиту в білково-хітиновому матриксі. (Фото Asa H. Barber et al.)

Однак, як пишуть у Journal of the Royal Society Interface дослідники з Лондонського університету королеви Марії, «чемпіонське звання» тут слід передати іншому матеріалу, з якого виготовлені зуби морських блюдечок. Так називають морських равликів, що живуть у прибережних водах морів та океанів. Їхня раковина не скручена в спіраль, а являє собою простий блюдцеподібний конус, що прикриває тіло молюска. Харчуються вони тим, що вдається зіскребти із поверхні прибережних скель за допомогою спеціальної зубчастої терки-радули. Можна було б очікувати, що від постійного «ковтання каміння» зуби молюсків зітруться в ніщо, проте нічого подібного не відбувається, і ось чому: їхня межа міцності становить від 3 до 6,5 ГПа, що, як бачимо, у кілька разів більше, ніж у павутиння.

Якщо ж порівнювати зі штучними матеріалами, то, хоча зуби блюдечок поступаються графену, міцність їх вища, ніж у кевлару, і цілком можна порівняти з деякими вуглецевими волокнами. Дослідження показали, що терка молюсків складена з нановолокон залізовмісного мінералу гетиту, занурених у білково-хітиновий матрикс. Можливо, в майбутньому вдасться створити штучний аналог цього матеріалу, який, безсумнівно, знайде найширше застосування, чи то в зубному протезуванні, чи то в оборонній промисловості.

Автор: Кирило Стасевич

Усі матеріали сайту належать редакції
журналу «Наука та життя»

На порталі використовуються рекомендаційні технології. Продовжуючи користуватися порталом, ви погоджуєтесь з їх використанням.

Підтримка та розвиток сайту – KTC Digital Production

Портал журналу «Наука та життя» використовує файли cookie та рекомендаційні технології. Продовжуючи користуватися порталом, ви погоджуєтесь зі збереженням та використанням порталом та партнерськими сайтами файлів cookie та рекомендаційних технологій на вашому пристрої. Докладніше

Структура, склад та види павутини

Загальновідомий факт, що павуки – хижаки і полюють за допомогою павутиння. Кожен із нас хоч раз бачив витончену, невагому мережу, сплетену з тонких ниток, але мало хто знає, що ж таке павутиння, звідки вона береться і для яких цілей крім лову комах призначена.

Що таке павутиння?

Павутина – спеціальний рідкий секрет, що виділяється павутинними залозами, який застигаючи, перетворюється на тонку міцну нитку. Виробляти павутину можуть павукоподібні (павуки, деякі різновиди кліщів, ложноскорпіони), а також губоногі багатоніжки.

Склад павутиння

За хімічним складом павутина схожа на шовк, який виробляють деякі види комах, наприклад, тутовий шовкопряд. Однак за міцністю речовина, що виробляється павукоподібними, набагато перевершує секрет гусениць.

Павутина складається з двох видів речовин:

Основна нитка складається з фіброїну. Це нерозчинний у воді білок, що складається із комплексу простих білків. Саме він - та речовина, яка дає павутині високу міцність та еластичність. Серіцин - компонент, що забезпечує павутинні клейкість. Також у списку інгредієнтів гідрофосфат та нітрат калію. Вони мають антисептичні властивості і захищають нитку від ураження грибками та бактеріями.

Конструктивні особливості та види павутини

Пастки, створені павуками різних видів, можуть досить помітно відрізнятися один від одного за технологією плетіння павутини та зовнішнього вигляду. Розрізняють кілька основних типів пасток:

1. Кругла. Найпоширеніша. З центру убік променями розходяться потовщені нитки. Вони з'єднані колами різного діаметра, що йдуть від центру до країв. Цікавий факт – відстань між усіма колами приблизно однакова. Плетіння такої мережі павук починається з натягу основних ниток. А потім він тягне нитку меншої товщини, і починаючи із зовнішнього краю з'єднує основу круговими лініями, радіус яких у міру наближення до центру зменшується. У процесі полювання павук залишається в центрі пастки, або сидить на кінці сигнальної нитки.
2. Зигзагоподібна. Деякі різновиди павукоподібних формують мережу у формі зигзагів. Така конструкція привертає увагу потенційних жертв, а також вибратися з неї набагато складніше.
3. У формі конусу. За такою схемою пастки плетуть павуки із сімейства лійкових.Найчастіше подібні вирви розташовуються між стеблами рослин, а хижак сидить на дні, чекаючи на видобуток. Коли жертва наближається, павук затягує її усередину конуса.
4. Безформна. Іноді зустрічається павутиння, в якій складно виявити бодай якусь симетричну будову. Це безформне нагромадження ниток. Таке павутиння часто можна побачити у кутах житлових приміщень.
5. Краплі на нитці. Павуки Mastophora cornigera ловлять комах за допомогою унікальної форми павутиння. Це невелика павутинна кулька, закріплена на міцній нитці. Кулька просочена феромонами і дуже липка. Хижак спускає кульку на нитки, розмахує ним і таким чином ловить видобуток. За такий спосіб полювання павука назвали Болас за аналогією з метальною мисливською зброєю.
6. Між ніг. Особливість цієї форми не в плетінні павутиння, а в її розташуванні. Павуки-гладіатори плетуть невелику мережу, розміщуючи її між передніми ногами. Готовою пасткою вони накривають комах, що опинилися поблизу.

Від конструкції мережі залежатиме, як і як довго павук плете павутину між деревами чи іншими опорами.

Звідки береться павутиння у павука?

Якщо говорити дуже узагальнено та образно, то павук робить павутину також як роблять цукрову вату. У черевці членистоногого збирається секрет, що утворюється у внутрішніх павутинних залозах. Є 6 типів павучих залоз, у яких виробляються нитки, призначені для різних цілей, наприклад, для створення кокона, для плетива основи мережі, для кріплення павутини, для покриття основи. Набір залоз у павуків різних видів відрізняється.

Обмотування павутиною жертви

У нижній частині черевця павука знаходяться павутинні бородавки - рухливі парні вирости, які у деяких видів виконують також функцію органів дотику. Поверхня виростів покрита дрібними волосками. Це павутинні трубочки, кожна з яких є внутрішньою протокою залози. Саме з цих трубочок і виходить павутиння. Ділянка, на якій розташовані трубочки, називається павутинним полем. Крім трубочок, павутина виділяється через хітинові конуси, які також знаходяться на поверхні бородавок. Ці конуси мають більший діаметр і є протоками більших залоз.

Виділення павутиння контролює нервова система павука, регулюючи липкість, товщину навіть відтінок кольору.

Роль і значення павутиння у житті павука

Безперечно, насамперед павутиння потрібне павукам для того, щоб полювати. У сплетену мережу потрапляють комахи, які становлять основний раціон харчування павукоподібних. Але павутиння – це не лише засіб для лову видобутку. У житті павуків вона виконує безліч найрізноманітніших функцій:

1. Створення кокона. Самка сплітає з павутини міцні та зручні кокони, в які відкладає яйця. Після вилуплення маленькі павуки проводять у цьому коконі перші тижні свого життя, почуваючи себе цілком захищеними від довкілля та ворогів.
2. Притулок. Павутина дозволяє членистоногому сховатися від негоди, сховатися від ворогів.
3. Розмноження. Залежно від видової приналежності самка чи самець користуються ниткою павутиння привернення уваги протилежної статі. Або самець прикріплює до мережі самки свою нитку, повідомляючи їй про свої наміри, або самка виділяє нитку, просочену феромонами, за якою її можна легко знайти.
4. Транспортний засіб. Міцна та еластична структура нитки павутиння робить її чудовим засобом пересування. З її допомогою павуки можуть переміщатися між деревами або чагарниками, і навіть перелітати на великі відстані, зачепившись за павутиння, яке несе порив вітру.
5. Захист. Деякі види павуків за допомогою павутиння склеюють сміття та роблять муляж, який виглядає як павук. У разі небезпеки вони смикають за нитку, муляж рухається, хижак відволікається, а павук встигає залишити небезпечне місце.

У деяких водних різновидів павуків у мішку з павутини знаходиться повітря, яке дозволяє їм перебувати під водою.

Скільки часу павук плете павутину?

Скільки часу знадобиться на створення ловчої мережі з павутини залежить від розмірів та конструкції пастки, а також погодних умов. Зазвичай створення ажурної пастки членистоногое витрачає від 30–40 хвилин за кілька годин. Більшість різновидів павуків плете павутиння щодня, витрачаючи на цей час у денний або вечірній час залежно від способу життя. Павук, що плете мережу періодично відпочиває, оскільки вироблення павутиння забирає багато енергії.

Чому павук не прилипає до свого павутиння?

Для вдалого полювання павук повинен мати можливість швидко та безперешкодно пересуватися по сплетеному павутинні. І йому це добре вдається. На відміну від своїх жертв мисливець не прилипає до ниток і легко переміщається по них.

Це йому вдається завдяки кільком факторам:

1. На лапках павука безліч пружних волосків та кігтики. Пересуваючись павутинням, членистоноге чіпляється кігтиками, притискаючи нитку до волосків. Коли павук піднімає ногу, кігтик розтискається, волоски випрямляються, відштовхуючи павутину.
2. Кінчики ніг павука покриті спеціальною маслянистою речовиною.
3. Хижак пересувається сухими нитками, які спеціально вплітає в мережу для полегшення свого переміщення.

Найчастіше в центрі павутиння є безпечна ділянка, де павук чекає на жертву.

Висновок

Природа нагородила павуків унікальною здатністю плести павутиння. Протягом багатьох років люди намагаються розгадати секрет міцності цих витончених та на перший погляд таких ненадійних ниток. Але точно відтворити склад і технологію відтворення вченим не вдається і донині.