Hvorfor er nettet så stærkt? Hvad er stærkere - edderkoppespind eller stål? Hvem har det stærkeste web?

I har bestemt lagt mærke til de sofistikerede, delikate, silkebløde "lommetørklæder", som edderkopper hænger på træer og græs solrig sommer. Når sølvfarvede dugdråber glimter på gennembrudt edderkoppegarn - er synet, ser du, utrolig smukt og fortryllende. Men flere spørgsmål opstår: "hvor dannes nettet, og hvordan bruges det af edderkoppen", "hvor kommer det fra, og hvad består det af". I dag vil vi prøve at finde ud af, hvorfor dette dyr dekorerer alt rundt med sit "broderi".

Stoppet i en time

Mange videnskabsmænd viede ikke kun hele afhandlinger og timer, men også år af deres liv til edderkopper og deres spind. Som Andre Tilkin, en berømt filosof fra Frankrig, sagde, er vævning af et net en fantastisk præstation, som du kan se i timevis. Han skrev mere end fem hundrede sider af en afhandling på nettet.

Den tyske videnskabsmand G. Peters hævdede, at når man ser edderkopper i timevis, bemærker man ikke engang, hvordan tiden flyver. Allerede før Tilkin fortalte han verden om, hvem disse mennesker var fantastiske skabninger, som en edderkop væver sit spind, som den har brug for det.

Sikkert, mere end én gang, når du så en lille edderkop på et blad udføre sit omhyggelige arbejde, stoppede du og så på. Men vi har altid ikke tid nok til smukke små ting, vi har altid travlt, så vi kan ikke stoppe, dvæle lidt længere. Hvis dette var tidspunktet, kunne hver af os sandsynligvis svare på spørgsmålet: "Hvordan ser et spind ud, hvorfor klæber edderkoppen ikke til sit spind?"

Lad os stoppe et øjeblik og finde ud af det. Spørgsmålet er trods alt virkelig interessant, og processen er fascinerende.

Hvor kommer det fra?

Edderkopper er de ældste skabninger, der har levet på jorden i mere end to hundrede millioner år. Uden deres web ville de måske ikke være så interessante for menneskeheden. Så hvor kommer edderkoppes spind fra, og hvordan ser det ud?

Nettet er indholdet af specielle kirtler, som mange leddyr har (falske skorpioner, edderkopper, spindemider osv.). Det flydende indhold kan strækkes uden at rives. De resulterende tynde tråde hærder meget hurtigt i luft.

Hver edderkop har flere specifikke kirtler på sin krop, der er ansvarlige for at producere spind. Forskellige kirtler dannes forskellige typer og densitet af nettet. De er placeret på maven i form af meget tynde kanaler og kaldes "edderkoppvorter". Det er fra disse huller, at et flydende sekret frigives, som hurtigt bliver til et smukt væv.

Ved hjælp af sine poter fordeler edderkoppen og "hænger" nettet, hvor den har brug for det. Edderkoppens forben er de længste, de stikker ind i; ledende rolle. Og ved hjælp af bagbenene griber den dråber væske og strækker dem til den nødvendige længde.

Vind til undsætning

Brisen bidrager også til den korrekte fordeling af nettet. Vælger edderkoppen det rigtige sted at placere sig, for eksempel mellem træer eller i blade, så hjælper vinden med at føre trådene derhen, hvor de skal. Hvis du selv ville svare på spørgsmålet om, hvordan en edderkop væver et spind mellem træer, så er svaret her. Vinden hjælper ham.

Når en tråd fanger den ønskede gren, kravler edderkoppen, kontrollerer basens styrke og slipper den næste. Den anden er fastgjort til midten af den første og så videre.

Byggefaser

Basen af nettet ligner meget et snefnug eller et punkt, fra hvis centrum flere stråler udstråler. Disse centrale trådstråler er de tætteste og tykkeste i deres struktur. Nogle gange laver edderkoppen en kæde fra flere tråde på én gang, som om den styrker dens stier på forhånd.

Når basen er klar, fortsætter dyret til konstruktionen af "fangespiraler". De er lavet af en helt anden type web. Denne væske er klistret og klæber godt. Det er fra den klæbrige bane, at cirklerne på basen er bygget.

Edderkoppen begynder sin konstruktion fra den ydre cirkel og bevæger sig gradvist mod midten. Han fornemmer utroligt afstanden mellem cirklerne. Helt uden at have et kompas eller specielle ved hånden måleinstrumenter, fordeler edderkoppen nettet nøjagtigt, så afstanden mellem cirklerne udelukkende er ens.

Hvorfor klæber den ikke af sig selv?

I ved sikkert alle, hvordan edderkopper jager. Hvordan deres bytte bliver viklet ind i et klæbrigt spind og dør. Og måske har alle i det mindste en gang undret sig: "Hvorfor klæber edderkoppen ikke til sit spind?"

Svaret ligger i webkonstruktionens specifikke taktik, som vi beskrev lige ovenfor. Nettet er lavet af flere typer tråde. Basen, som edderkoppen bevæger sig på, er lavet af almindelig, meget stærk og helt sikker tråd. Men "fangende" cirkler er tværtimod lavet af tråd, der er klæbrig og dødelig for mange insekter.

Funktioner på nettet

Så vi fandt ud af, hvordan nettet ser ud, og hvor det er dannet. Og nu kan vi også svare på, hvordan edderkoppens spind bruges. Nettets primære opgave er naturligvis at skaffe mad. Når "mad" kommer ind på nettet, mærker edderkoppen øjeblikkeligt vibrationen. Han nærmer sig byttet, pakker det hurtigt ind i et stærkt "tæppe", åbner kanten og tager maden med til et sted, hvor ingen vil genere ham til at nyde hans måltid.

Men udover at få mad, tjener nettet edderkoppen til nogle andre formål. Det bruges til at lave en kokon til æg og et hus til at leve. Nettet fungerer som en slags hængekøje, hvorpå begivenheder finder sted. parringsspil og parring. Den fungerer som en faldskærm, som giver dig mulighed for hurtigt at flygte fra farlige fjender. Med dens hjælp kan edderkopper bevæge sig gennem træer, hvis det er nødvendigt.

Stærkere end stål

Så vi ved allerede, hvordan en edderkop væver et spind, og hvad dets funktioner er, hvordan det dannes, og hvordan klæbrige netværk er bygget til at få mad. Men spørgsmålet er, hvorfor nettet er så stærkt.

På trods af at alle edderkoppedesigns er varierede, har de den samme egenskab - øget styrke. Dette sikres ved, at nettet indeholder et protein - keratin. Den findes i øvrigt også i dyrekløer, uld og fuglefjer. Fibrene i nettet strækker sig perfekt og vender derefter tilbage til deres oprindelige form uden at rive.

Forskere siger, at edderkoppespind er meget stærkere end naturlig silke. Sidstnævnte har en trækstyrke på 30-42 g/mm 2, men edderkoppespind har en trækstyrke på omkring 170 g/mm 2. Du kan mærke forskellen.

Hvordan en edderkop væver et spind er forståeligt. At den er holdbar er også et spørgsmål, der er løst. Men vidste du, at på trods af en sådan styrke er nettet flere tusinde gange tyndere end menneskehår? Hvis vi sammenligner brudegenskaberne for spindelvæv og andre tråde, overgår det ikke kun silke, men også viskose, nylon og orlon. Selv det stærkeste stål kan ikke måle sig med det i styrke.

Vidste du, at den måde, en edderkop væver sit spind på, vil bestemme antallet af ofre, der ender i det?

Når byttet ender i nettet, klæber det ikke kun til "fanger"-nettet, men bliver også ramt elektrisk ladning. Det dannes af insekterne selv, som samler en ladning under flyvningen, og når de kommer ind i nettet, giver de det til trådene og inficerer sig selv.

Ved at vide, hvordan en edderkop væver et spind, og hvilke "stærke" kvaliteter den har, hvorfor laver folk stadig ikke tøj af sådanne tråde? Det viser sig, at i Louis XIV's tid forsøgte en af håndværkerne at sy handsker og sokker til kongen af edderkoppetråde. Dette arbejde viste sig dog at være meget vanskeligt, omhyggeligt og langvarigt.

I Sydamerika edderkoppespind hjælper ikke kun producenterne selv, men også de lokale aber. Takket være nettenes styrke bevæger dyr sig gennem dem behændigt og frygtløst.

Repræsentanter for arachnid-ordenen kan findes overalt. Disse er rovdyr, der jager insekter. De fanger deres bytte ved hjælp af et net. Dette er en fleksibel og holdbar fiber, som fluer, bier og myg klæber sig til. Hvordan en edderkop væver et spind er et spørgsmål, der ofte stilles, når man ser på et fantastisk fangstnet.

Hvad er et web?

Edderkopper er en af de ældste indbyggere på planeten på grund af deres lille størrelse og specifikke udseende de betragtes fejlagtigt som insekter. Faktisk er disse repræsentanter for leddyrordenen. Edderkoppens krop har otte ben og to sektioner:

cephalothorax;
mave.

I modsætning til insekter har de ikke antenner og en hals, der adskiller hovedet fra brystet. Underlivet på en arachnid er en slags fabrik til produktion af spindelvæv. Den indeholder kirtler, der producerer et sekret bestående af protein beriget med alanin, som giver styrke, og glycin, som er ansvarlig for elasticiteten. Ved kemisk formel nettet er tæt på silken af insekter. Inde i kirtlerne er sekretet i flydende tilstand, men når det udsættes for luft, hærder det.

Information. Caterpillar silke silkeorm og edderkoppespind har en lignende sammensætning - 50% er fibroinprotein. Forskere har fundet ud af, at edderkoppetråd er meget stærkere end larveudskillelse. Dette skyldes det særlige ved fiberdannelse

Hvor kommer et edderkoppespind fra?

På leddyrets underliv er der udvækster - arachnoidvorter. I deres øvre del åbner arachnoidkirtlernes kanaler sig og danner tråde. Der er 6 typer kirtler, der producerer silke til forskellige formål (flytning, sænkning, sammenfiltring af bytte, opbevaring af æg). Hos én art forekommer alle disse organer ikke på samme tid, normalt har et individ 1-4 par kirtler.

På overfladen af vorter er der op til 500 snurrerør, der leverer proteinsekretion. Edderkoppen spinder sit spind på følgende måde:

edderkoppvorter presses mod basen (træ, græs, væg osv.);
Ikke et stort antal af egernet klæber til det valgte sted;
edderkoppen bevæger sig væk og trækker tråden med bagbenene;
til hovedarbejdet bruges lange og fleksible forben, med deres hjælp skabes en ramme af tørre tråde;
Den sidste fase af oprettelsen af netværket er dannelsen af klæbrige spiraler.

Takket være videnskabsmænds observationer blev det kendt, hvor edderkoppens spind kommer fra. Det er produceret af bevægelige parrede vorter på maven.

Interessant fakta. Nettet er meget let vægten af en tråd viklet rundt om Jorden langs ækvator ville kun være 450 g.

Edderkop trækker tråd fra maven

Hvordan man bygger et fiskenet

Vind - bedste hjælper edderkop i konstruktion. Efter at have taget en tynd tråd ud af vorterne, udsætter arachniden den for en luftstrøm, som fører den frosne silke over en betydelig afstand. Det her hemmelig måde som en edderkop, der væver et spind mellem træer. Nettet klamrer sig let til trægrene, ved at bruge det som et reb, bevæger arachniden sig fra sted til sted.

Et bestemt mønster kan spores i strukturen af nettet. Dens grundlag er en ramme af stærke og tykke tråde arrangeret i form af stråler, der divergerer fra et punkt. Startende fra den ydre del skaber edderkoppen cirkler, der gradvist bevæger sig mod midten. Det er forbløffende, at den uden noget udstyr holder den samme afstand mellem hver cirkel. Denne del af fibrene er klæbrige og er der, hvor insekter sætter sig fast.

Interessant fakta. Edderkoppen spiser sit eget spind. Forskere tilbyder to forklaringer på dette faktum - på denne måde genopfyldes tabet af protein under reparationen af fiskenettet, eller edderkoppen drikker simpelthen vand, der hænger på silketrådene.

Kompleksiteten af webmønsteret afhænger af typen af arachnid. Lavere leddyr bygger simple netværk, mens højere opbygger komplekse geometriske mønstre. Det anslås, at den bygger en fælde med 39 radier og 39 spiraler. Ud over glatte radiale gevind, hjælpe- og fangespiraler er der signalgevind. Disse elementer fanger og overfører vibrationerne fra det fangede bytte til rovdyret. Hvis en fremmed genstand (en gren, et blad) støder på, adskiller den lille ejer den og smider den væk, og genopretter derefter nettet.

Store trælevende arachnider trækker fælder med en diameter på op til 1 m. Ikke kun insekter, men også små fugle falder ind i dem.

Hvor lang tid tager det en edderkop at væve et spind?

Et rovdyr bruger fra en halv time til 2-3 timer på at skabe en gennembrudt fælde for insekter. Dens driftstid afhænger af vejrforhold og planlagte netværksstørrelser. Nogle arter væver silketråde dagligt, gør det om morgenen eller aftenen, afhængigt af deres livsstil. En af de faktorer, der bestemmer, hvor lang tid det tager en edderkop at væve et spind, er dens type – flad eller voluminøs. Den flade er den velkendte version af radiale gevind og spiraler, og den volumetriske er en fælde lavet af en klump af fibre.

Formålet med nettet

Fine net er ikke kun insektfælder. Nettets rolle i spindlernes liv er meget bredere.

At fange bytte

Alle edderkopper er rovdyr, der dræber deres bytte med gift. Samtidig har nogle individer en skrøbelig konstitution og kan selv blive ofre for insekter, for eksempel hvepse. For at jage har de brug for ly og en fælde. Sticky fibre udfører denne funktion. De vikler byttet fanget i nettet ind i en kokon af tråde og efterlader det, indtil det indsprøjtede enzym bringer det i en flydende tilstand.

Arachnid silkefibre er tyndere end menneskehår, men deres specifikke trækstyrke kan sammenlignes med ståltråd.

Reproduktion

I parringsperioden sætter hannerne deres egne tråde til hunnens spind. Ved at ramme silkefibrene rytmisk, kommunikerer de deres intentioner til en potentiel partner. Hunnen, der modtager frieri, stiger ned på hannens territorium for at parre sig. Hos nogle arter indleder hunnen søgen efter en partner. Hun udskiller en tråd med feromoner, takket være hvilken edderkoppen finder hende.

Hjem for eftertiden

Kokoner til æg er vævet af det silkebløde web-sekret. Deres antal, afhængigt af typen af leddyr, er 2-1000 stykker. Hunnerne hænger netsækkene med æg på et sikkert sted. Kokonskallen er ret stærk den består af flere lag og er imprægneret med flydende sekret.

I deres hule væver arachnider spind omkring væggene. Dette hjælper med at skabe et gunstigt mikroklima og tjener som beskyttelse mod dårligt vejr og naturlige fjender.

Bevæger sig

Et af svarene på hvorfor en edderkop væver et spind er, at den bruger tråde som køretøj. For at bevæge sig mellem træer og buske, hurtigt forstå og falde, har den brug for stærke fibre. For at flyve over lange afstande klatrer edderkopper til forhøjede højder, frigiver et hurtigt hærdende spind, og så flyver de med et vindstød væk i flere kilometer. Oftest foretages ture i varmt vejr. klare dage Indisk sommer.

Hvorfor klæber edderkoppen ikke til sit spind?

For at undgå at falde i sin egen fælde laver edderkoppen flere tørre tråde til bevægelse. Jeg kender perfekt rundt i nettenes forviklinger, og han nærmer sig sikkert det fastsiddende bytte. Normalt forbliver et sikkert område i midten af fiskenettet, hvor rovdyret venter på bytte.

Forskeres interesse for arachniders interaktion med deres jagtfælder begyndte for mere end 100 år siden. I første omgang blev det foreslået, at der var et særligt smøremiddel på deres poter, der forhindrede at de klæber. Der blev aldrig fundet nogen bekræftelse af teorien. At filme med et specielt kamera bevægelsen af edderkoppens ben langs fibre fra det frosne sekret gav en forklaring på kontaktmekanismen.

En edderkop klæber ikke til sit spind af tre grunde:

mange elastiske hår på benene reducerer kontaktområdet med den klæbrige spiral;
spidserne af edderkoppens ben er dækket af en olieagtig væske;
bevægelse sker på en særlig måde.

Hvad er hemmeligheden bag strukturen af benene, der hjælper arachnider med at undgå at klæbe? På hvert ben af edderkoppen er der to støttekløer, som den klamrer sig til overfladen med, og en fleksibel klo. Mens den bevæger sig, presser den trådene mod de fleksible hår på foden. Når edderkoppen løfter benet, retter kloen sig, og hårene skubber nettet væk.

En anden forklaring er manglen på direkte kontakt mellem arachnidens ben og de klæbrige dråber. De falder på fodens hår, og flyder derefter let tilbage på tråden. Uanset hvilke teorier zoologer overvejer, forbliver det faktum uændret, at edderkopper ikke bliver fanger af deres egne klæbrige fælder.

Andre spindlere, såsom mider og pseudoskorpioner, kan også væve spind. Men deres netværk kan ikke sammenlignes i styrke og dygtig vævning med værker af rigtige mestre - edderkopper. Moderne videnskab er endnu ikke i stand til at reproducere nettet ved hjælp af en syntetisk metode. Teknologien til fremstilling af edderkoppesilke forbliver et af naturens mysterier.

Kandidat for fysiske og matematiske videnskaber E. Lozovskaya

Videnskab og liv // Illustrationer

Det klæbende stof, der dækker tråden i fangspiralen, er jævnt fordelt over hele banen i form af perledråber. Billedet viser stedet, hvor to fragmenter af fangerspiralen er fastgjort til radius.

Videnskab og liv // Illustrationer

De indledende stadier af at bygge et fangstnet af en krydsedderkop.

Den logaritmiske spiral beskriver tilnærmelsesvis formen på den hjælpespiraltråd, som edderkoppen lægger, når den konstruerer et hjulformet fangnet.

Archimedes-spiralen beskriver formen på den klæbende fangstråd.

Zigzag-tråde er et af kendetegnene ved spind af edderkopper af slægten Argiope.

De krystallinske områder af silkefiberen har en foldet struktur svarende til den, der er vist på figuren. Individuelle kredsløb tilsluttet hydrogenbindinger.

Unge krydsedderkopper, der netop er dukket op fra deres web-kokon.

Edderkopper af familien Dinopidae spinosa væver et spind mellem deres ben og kaster det derefter over deres bytte.

Korsedderkoppen (Araneus diadematus) er kendt for sin evne til at væve store, hjulformede fangspind.

Nogle typer edderkopper fastgør også en lang "stige" til den runde fælde, hvilket øger effektiviteten af jagten betydeligt.

Videnskab og liv // Illustrationer

Sådan ser edderkopperørene ud, hvorfra trådene af edderkoppesilke kommer frem under et mikroskop.

Edderkopper er måske ikke de mest attraktive skabninger, men deres skabelse, nettet, er intet mindre end ærefrygtindgydende. Husk, hvordan den geometriske regelmæssighed af de fineste tråde, der glitrer i solen, strakt mellem grenene på en busk eller blandt højt græs, fanger øjet.

Edderkopper er en af de ældste indbyggere på vores planet, der har slået sig ned på land for mere end 200 millioner år siden. Der er omkring 35 tusind arter af edderkopper i naturen. Disse ottebenede væsner, der lever overalt, er genkendelige altid og overalt, på trods af forskelle i farve og størrelse. Men det vigtigste er særpræg- er evnen til at producere edderkoppesilke, en naturlig fiber uovertruffen i styrke.

Edderkopper bruger spind til en række forskellige formål. De laver kokoner til æg af det, bygger ly til overvintring, bruger det som et "sikkerhedsreb", når de hopper, væver indviklede fangstnet og pakker fanget bytte ind. En hun klar til parring producerer en nettråd markeret med feromoner, takket være hvilken hannen, der bevæger sig langs tråden, nemt finder en partner. Unge edderkopper af nogle arter flyver væk fra forældrenes reden på lange tråde båret af vinden.

Edderkopper lever hovedsageligt af insekter. De jagtapparater, de bruger til at få mad, er af de mest forskellige former og typer. Nogle edderkopper strækker simpelthen flere signaltråde ud i nærheden af deres husly, og så snart et insekt rører tråden, skynder de sig mod det fra baghold. Andre kaster en tråd med en klæbrig dråbe for enden frem, som en slags lasso. Men toppen af designaktiviteten af edderkopper er stadig runde hjulformede net, placeret vandret eller lodret.

For at bygge et hjulformet fangnet producerer korsedderkoppen, en almindelig beboer i vores skove og haver, en ret lang, stærk tråd. En brise eller stigende luftstrøm løfter tråden opad, og hvis placeringen til at bygge banen er valgt godt, klamrer den sig til den nærmeste gren eller anden støtte. Edderkoppen kravler langs den for at sikre enden, nogle gange lægger den endnu en tråd for styrke. Så slipper han en frithængende tråd og fastgør en tredje til dens midte, så der opnås en Y-formet struktur - de første tre radier ud af mere end halvtreds. Når de radiale tråde og rammen er klar, vender edderkoppen tilbage til midten og begynder at lægge en midlertidig hjælpespiral ud - noget i retning af "stillads". Hjælpespiralen holder strukturen sammen og fungerer som en sti for edderkoppen, når den konstruerer en fangspiral. Hele nettets hovedramme, inklusive radierne, er lavet af ikke-klæbende tråd, men til fangespiralen anvendes et dobbelttråd belagt med et klæbende stof.

Hvad der er overraskende er, at disse to spiraler har forskellige geometriske former. Den midlertidige spiral har relativt få drejninger, og afstanden mellem dem øges for hver drejning. Dette sker, fordi edderkoppen, når den lægges, bevæger sig i samme vinkel til radierne. Formen af den resulterende stiplede linje er tæt på den såkaldte logaritmiske spiral.

Den klæbrige fangstspiral er bygget efter et andet princip. Edderkoppen starter ved kanten og bevæger sig mod midten og holder den samme afstand mellem svingene, hvilket skaber en Archimedes-spiral. Samtidig bider den af hjælpespiralens tråde.

Edderkoppesilke er produceret af specielle kirtler placeret bagerst i edderkoppens mave. Der kendes mindst syv typer arachnoidkirtler, der producerer forskellige filamenter, men ingen af dem kendte arter Alle syv typer edderkopper findes ikke på én gang. Normalt har en edderkop fra et til fire par af disse kirtler. At væve et net er ikke en hurtig opgave, og det tager omkring en halv time at bygge et mellemstort fangstnet. For at skifte til produktion af en anden type væv (til fangspiralen), har edderkoppen brug for et minuts pusterum. Edderkopper genbruger ofte spind ved at spise rester af spind, der er blevet beskadiget af regn, vind eller insekter. Nettet fordøjes i deres krop ved hjælp af specielle enzymer.

Strukturen af edderkoppesilke er blevet perfekt udviklet over hundreder af millioner af års evolution. Dette naturlige materiale kombinerer to vidunderlige egenskaber - styrke og elasticitet. Et spindelvæv kan stoppe et insekt i at flyve i fuld fart. Tråden, hvorfra edderkopper væver bunden af deres jagtnet, er tyndere end et menneskehår, og dens specifikke (det vil sige beregnet pr. masseenhed) trækstyrke er højere end stål. Hvis du sammenligner edderkoppetråd med ståltråd af samme diameter, vil de bære omtrent samme vægt. Men edderkoppesilke er seks gange lettere, hvilket betyder seks gange stærkere.

Ligesom menneskehår, fåreuld og silke fra silkeormskokoner, er edderkoppespind primært sammensat af proteiner. Med hensyn til aminosyresammensætning er edderkoppevævsproteinerne - spidroiner - relativt tæt på fibroiner, de proteiner, der udgør silken produceret af silkeormslarver. Begge indeholder usædvanligt høje mængder af aminosyrerne alanin (25%) og glycin (ca. 40%). Områder med proteinmolekyler, der er rige på alanin, danner krystallinske områder tæt pakket i folder, hvilket giver høj styrke, og de områder, hvor der er mere glycin, repræsenterer et mere amorft materiale, der kan strække sig godt og derved give elasticitet til tråden.

Hvordan dannes sådan en tråd? Der er endnu ikke noget fuldstændigt og klart svar på dette spørgsmål. Processen med spinding af væv er blevet studeret mest detaljeret ved at bruge eksemplet med ampullaid-kirtlen fra den kuglevævende edderkop Nephila clavipes. Den ampullade kirtel, som producerer den stærkeste silke, består af tre hovedsektioner: en central sæk, en meget lang buet kanal og et rør med et udløb. Fra cellerne på den indre overflade af sækken kommer der små sfæriske dråber, der indeholder to typer spidroin-proteinmolekyler. Denne tyktflydende opløsning strømmer ind i posens hale, hvor andre celler udskiller en anden type protein - glykoproteiner. Takket være glycoproteiner får den resulterende fiber en flydende krystallinsk struktur. Flydende krystaller er bemærkelsesværdige ved, at de på den ene side har en høj grad af orden, og på den anden side bevarer de flydende. Når den tykke masse bevæger sig mod udløbet, er de lange proteinmolekyler orienteret og justeret parallelt med hinanden i retning af aksen af den dannende fiber. I dette tilfælde dannes intermolekylære hydrogenbindinger mellem dem.

Menneskeheden har kopieret mange af naturens designopdagelser, men en så kompleks proces som at spinde et net er endnu ikke blevet gengivet. Forskere forsøger nu at løse dette vanskelige problem ved hjælp af bioteknologiske teknikker. Det første skridt var at isolere de gener, der er ansvarlige for produktionen af de proteiner, der udgør nettet. Disse gener blev introduceret i cellerne af bakterier og gær (se "Science and Life" nr. 2, 2001). Canadiske genetikere er gået endnu længere – de har opdrættet genetisk modificerede geder, hvis mælk indeholder opløste edderkoppespindproteiner. Men problemet er ikke kun at opnå edderkoppesilkeprotein, det er nødvendigt at simulere den naturlige spindeproces. Men videnskabsmænd har endnu ikke lært denne lektie af naturen.

Enhver kan nemt børste spindelvæv væk, der hænger mellem grenene på et træ eller under loftet i det fjerneste hjørne af rummet. Men de færreste ved, at hvis banen havde en diameter på 1 mm, kunne den modstå en belastning på cirka 200 kg. Ståltråd med samme diameter kan tåle væsentligt mindre: 30–100 kg, afhængig af ståltypen. Hvorfor har nettet så enestående egenskaber?

Nogle edderkopper spinder op til syv typer tråde, som hver har sit eget formål. Tråde kan ikke kun bruges til at fange bytte, men også til at bygge kokoner og springe i faldskærm (ved at tage afsted i vinden kan edderkopper undslippe en pludselig trussel, og unge edderkopper spredes til nye territorier på denne måde). Hver type væv er produceret af specielle kirtler.

Banen, der bruges til at fange bytte, består af flere typer tråde (fig. 1): ramme, radial, fanger og hjælpe. Den største interesse for videnskabsmænd er rammetråden: den har både høj styrke og høj elasticitet - det er denne kombination af egenskaber, der er unik. Ultimativ trækstyrke af edderkoppens rammetråd Araneus diadematus er 1,1-2,7. Til sammenligning: Stålets trækstyrke er 0,4-1,5 GPa, og trækstyrken for menneskehår er 0,25 GPa. Samtidig kan rammetråden strække sig med 30-35%, og de fleste metaller kan modstå deformation på højst 10-20%.

Lad os forestille os et flyvende insekt, der rammer et strakt spind. I dette tilfælde skal tråden i nettet strække sig, så det flyvende insekts kinetiske energi omdannes til varme. Hvis nettet lagrede den modtagne energi i form af elastisk deformationsenergi, ville insektet hoppe af banen ligesom fra en trampolin. En vigtig egenskab ved banen er, at den frigiver en meget stor mængde varme under hurtig strækning og efterfølgende sammentrækning: den frigivne energi pr. volumenhed er mere end 150 MJ/m 3 (stål frigiver 6 MJ/m 3). Dette gør det muligt for nettet effektivt at sprede slagenergien og ikke strække sig for meget, når et offer fanges i det. Edderkoppespind eller polymerer med lignende egenskaber kunne være ideelle materialer til letvægts kropsrustning.

I folkemedicin Der er sådan en opskrift: For at stoppe blødningen kan du påføre et spindelvæv på et sår eller slid, forsigtigt rydde det for insekter og små kviste, der sidder fast i det. Det viser sig, at edderkoppespind har en hæmostatisk effekt og fremskynder helingen af beskadiget hud. Kirurger og transplantologer kunne bruge det som et materiale til suturering, styrkelse af implantater og endda som et emne til kunstige organer. Ved hjælp af nettet kan du forbedre dig markant mekaniske egenskaber mange materialer, der i øjeblikket bruges i medicin.

Så edderkoppespind er et usædvanligt og meget lovende materiale. Hvad molekylære mekanismer er ansvarlige for dets ekstraordinære egenskaber?

Vi er vant til, at molekyler er ekstremt små genstande. Det er dog ikke altid tilfældet: polymerer er udbredt omkring os, som har lange molekyler bestående af identiske eller lignende enheder. Det ved alle genetisk information levende organisme er skrevet i lange DNA-molekyler. Alt blev holdt i deres hænder plastposer, bestående af lange sammenflettede polyethylenmolekyler. Polymermolekyler kan nå enorme størrelser.

For eksempel er massen af et menneskeligt DNA-molekyle omkring 1,9·1012 amu. (dette er dog cirka hundrede milliarder gange mere end massen af et vandmolekyle), længden af hvert molekyle er flere centimeter, og den samlede længde af alle menneskelige DNA-molekyler når 10 11 km.

Den vigtigste klasse af naturlige polymerer er proteiner, de består af enheder kaldet aminosyrer. Forskellige proteiner udfører ekstremt forskellige funktioner i levende organismer: de kontrollerer kemiske reaktioner, bruges som byggemateriale, til beskyttelse osv.

Stilladsetråden på nettet består af to proteiner, som kaldes spidroins 1 og 2 (fra engelsk edderkop- edderkop). Spidroiner er lange molekyler med masser fra 120.000 til 720.000 amu. Aminosyresekvenserne for edderkopper kan variere fra edderkop til edderkop, men alle edderkopper har fælles træk. Hvis man mentalt strækker et langt spidroin-molekyle ud i en lige linje og ser på aminosyresekvensen, viser det sig, at det består af gentagne sektioner, der ligner hinanden (fig. 2). To typer regioner veksler i molekylet: relativt hydrofile (dem, der er energetisk gunstige for kontakt med vandmolekyler) og relativt hydrofobe (dem, der undgår kontakt med vand). I enderne af hvert molekyle er der to ikke-repetitive hydrofile regioner, og de hydrofobe regioner består af mange gentagelser af en aminosyre kaldet alanin.

Et langt molekyle (f.eks. protein, DNA, syntetisk polymer) kan opfattes som et sammenkrøllet, sammenfiltret reb. At strække det er ikke svært, fordi løkkerne inde i molekylet kan rette sig ud, hvilket kræver relativt lidt indsats. Nogle polymerer (såsom gummi) kan strække sig op til 500 % af deres oprindelige længde. Så evnen af edderkoppespind (et materiale bestående af lange molekyler) til at deformere mere end metaller er ikke overraskende.

Hvor kommer nettets styrke fra?

For at forstå dette er det vigtigt at følge processen med tråddannelse. Inde i edderkopkirtlen ophobes spidroins i formen koncentreret opløsning. Når filamentet er dannet, forlader denne opløsning kirtlen gennem en smal kanal, dette hjælper med at strække molekylerne og orientere dem i strækningens retning, og de tilsvarende kemiske ændringer får molekylerne til at hænge sammen. Fragmenter af molekyler bestående af alaniner går sammen og danner en ordnet struktur, der ligner en krystal (fig. 3). Inde i en sådan struktur er fragmenterne lagt parallelt med hinanden og forbundet med hinanden ved hjælp af hydrogenbindinger. Det er disse områder, der er sammenlåst med hinanden, der giver fiberens styrke. Den typiske størrelse af sådanne tætpakkede områder af molekyler er flere nanometer. De hydrofile områder omkring dem viser sig at være tilfældigt viklede, svarende til sammenkrøllede reb, de kan rette sig ud og derved sikre strækningen af banen.

Mange kompositmaterialer, såsom forstærket plast, er konstrueret efter samme princip som stilladsetråden: I en forholdsvis blød og fleksibel matrix, som tillader deformation, er der små hårde områder, der gør materialet stærkt. Selvom materialeforskere har arbejdet med lignende systemer i lang tid, er menneskeskabte kompositter kun begyndt at nærme sig edderkoppespind i deres egenskaber.

Interessant nok, når nettet bliver vådt, trækker det sig meget sammen (dette fænomen kaldes superkontraktion). Dette sker, fordi vandmolekyler trænger ind i fiberen og gør de uordnede hydrofile områder mere mobile. Hvis nettet har strakt sig og faldet på grund af insekter, trækker det sig sammen på en fugtig eller regnfuld dag og genopretter samtidig sin form.

Bemærk også interessant funktion tråddannelse. Edderkoppen trækker sit spind ud under påvirkning egen vægt, men det resulterende spind (tråddiameter ca. 1-10 μm) kan normalt understøtte en masse seks gange massen af selve edderkoppen. Hvis man øger edderkoppens vægt ved at rotere den i en centrifuge, begynder den at udskille et tykkere og mere holdbart, men mindre stift væv.

Når det kommer til at bruge edderkoppespind, opstår spørgsmålet om, hvordan man får det i industrielle mængder. Der findes installationer i verden til at "malke" edderkopper, som trækker tråde ud og vikler dem på specielle spoler. Denne metode er imidlertid ineffektiv: for at akkumulere 500 g web er der brug for 27 tusind mellemstore edderkopper. Og her kommer bioteknik forskerne til hjælp. Moderne teknologier gøre det muligt at indføre gener, der koder for edderkoppespindproteiner, i forskellige levende organismer, såsom bakterier eller gær. Disse genetisk modificerede organismer bliver kilder til kunstige spind. Proteiner opnået ved metoder genteknologi, kaldes rekombinante. Bemærk, at rekombinante spidroiner normalt er meget mindre end naturlige, men strukturen af molekylet (vekslende hydrofile og hydrofobe områder) forbliver uændret.

Der er tillid til, at det kunstige web ikke vil være ringere i sine egenskaber end det naturlige og vil finde sit praktisk brug både holdbart og miljøvenligt rent materiale. I Rusland studerer flere videnskabelige grupper fra forskellige institutter i fællesskab internettets egenskaber. Produktionen af rekombinant edderkoppespind udføres på Statens forskningsinstitut for genetik og udvælgelse af industrielle mikroorganismer, fysiske og Kemiske egenskaber proteiner studeres ved Institut for Bioingeniørvidenskab, Biologisk Fakultet, Moscow State University. M.V. Lomonosov, produkter fra edderkoppevævsproteiner dannes på Institut for Bioorganisk Kemi ved det Russiske Videnskabsakademi, deres. medicinske applikationer studie ved Institut for Transplantologi og Kunstige Organer.

Silke, som danner nettets radiale tråde, består af to proteiner, der bestemmer dets styrke og elasticitet. Hvert protein indeholder tre regioner med forskellige egenskaber. Den første danner en amorf (ikke-krystallinsk), strækbar matrix, der giver silke dens elasticitet. Når et insekt bliver fanget i et net, strækker matrixen sig og absorberer kinetisk energi kollision med et insekt. Silke får sin stivhed af to typer krystallinske områder indlejret i de amorfe områder af hvert protein. Begge disse områder har en tætpakket struktur og er ikke strækbare, hvor den ene af dem har en stiv struktur. Det antages, at de mindre stive krystallinske områder forankrer de stive krystallinske strukturer til den amorfe matrix.
Tykkelsen af nettråden er kun 0,1 diameteren af et menneskehår, men flere gange stærkere end ståltråd af samme vægt. I filmen Spider-Man er nettets styrke stærkt undervurderet.
Forklaringen kommer fra biolog William K. Purves fra Harvey Mudd College.

Edderkoppens underliv er forstørret 12 gange. Fabrik til fremstilling af baner.

Protein kommer frem fra rørene i bevægelse, som, når de først er i luften, hærder og danner en højstyrketråd.

På billedet til venstre er Kevlar, og til højre er et nanorør - en kultråd. Test viser mere end tre gange overlegen styrke. Og dette er kun begyndelsen.