Hvorfor er nettet så sterkt? Hva er sterkere - edderkoppnett eller stål? Hvem har den sterkeste nettet?

Hver og en av dere la sikkert merke til de sofistikerte, delikate, silkeaktige "lommetørklene" som edderkopper henger på trær og gress solrik sommer. Når sølvfargede duggdråper glinser på gjennombrutte edderkoppgarn - er synet, du skjønner, utrolig vakkert og fortryllende. Men flere spørsmål dukker opp: "hvor dannes nettet og hvordan brukes det av edderkoppen", "hvor kommer det fra og hva består det av". I dag skal vi prøve å finne ut hvorfor dette dyret dekorerer alt rundt med sitt "broderi".

Stoppet i en time

Mange forskere viet ikke bare hele avhandlinger og timer, men også år av livet til edderkopper og deres nett. Som Andre Tilkin, en kjent filosof fra Frankrike, sa, er det å veve et nett en fantastisk forestilling som du kan se i timevis. Han skrev mer enn fem hundre sider av en avhandling på nettet.

Den tyske forskeren G. Peters hevdet at når du ser på edderkopper i timevis, legger du ikke engang merke til hvordan tiden flyr. Allerede før Tilkin fortalte han verden om hvem disse menneskene var fantastiske skapninger, som en edderkopp vever sitt nett, som den trenger det for.

Sikkert, mer enn én gang, når du så en liten edderkopp på et blad som gjorde sitt møysommelige arbeid, stoppet du og så på. Men vi har alltid ikke nok tid til vakre små ting, vi har det alltid travelt, så vi kan ikke stoppe, dvele litt lenger. Hvis dette var tiden, kunne hver av oss sannsynligvis svare på spørsmålet: "Hvordan ser et nett ut, hvorfor holder ikke edderkoppen seg til nettet?"

La oss stoppe opp et øyeblikk og finne ut av det. Tross alt er spørsmålet veldig interessant, og prosessen er fascinerende.

Hvor kommer det fra?

Edderkopper er de eldste skapningene som har levd på jorden i mer enn to hundre millioner år. Uten nettet deres ville de kanskje ikke vært så interessante for menneskeheten. Så hvor kommer edderkoppnettene fra og hvordan ser det ut?

Nettet er innholdet i spesielle kjertler som mange leddyr har (falske skorpioner, edderkopper, edderkoppmidd, etc.). Det flytende innholdet kan strekkes uten å rives. De resulterende tynne trådene stivner veldig raskt i luft.

Hver edderkopp har flere spesifikke kjertler på kroppen som er ansvarlige for å produsere nett. Ulike kjertler dannes forskjellige typer og tettheten til nettet. De er plassert på magen i form av veldig tynne kanaler og kalles "edderkoppvorter". Det er fra disse hullene at en flytende sekresjon frigjøres, som snart blir til en vakker vev.

Ved hjelp av potene fordeler og «henger» edderkoppen nettet der den trenger det. Edderkoppens fremre ben er de lengste de stikker ut i hovedrolle. Og ved hjelp av bakbena griper den dråper væske og strekker dem til ønsket lengde.

Vind til unnsetning

Brisen bidrar også til riktig distribusjon av nettet. Hvis edderkoppen velger riktig sted å plassere seg, for eksempel mellom trær eller i løv, så hjelper vinden med å bære trådene dit de skal. Hvis du ville svare på spørsmålet selv om hvordan en edderkopp vever et nett mellom trær, så er svaret her. Vinden hjelper ham.

Når den ene tråden fanger den ønskede grenen, kryper edderkoppen, sjekker styrken på basen og slipper den neste. Den andre er festet til midten av den første og så videre.

Byggetrinn

Basen av nettet er veldig lik et snøfnugg eller et punkt, fra midten av hvilket flere stråler stråler. Disse sentrale trådstrålene er de tetteste og tykkeste i strukturen. Noen ganger lager edderkoppen en renning fra flere tråder samtidig, som om den styrker banene på forhånd.

Når basen er klar, fortsetter dyret til konstruksjonen av "fangespiraler". De er laget av en helt annen type nett. Denne væsken er klissete og fester seg godt. Det er fra den klebrige banen at sirklene på basen er bygget.

Edderkoppen begynner sin konstruksjon fra den ytre sirkelen, og beveger seg gradvis mot midten. Han merker utrolig avstanden mellom sirklene. Helt uten å ha kompass eller spesielle for hånden måleinstrumenter, fordeler edderkoppen nettet nøyaktig slik at avstanden mellom sirklene er utelukkende lik.

Hvorfor fester den seg ikke av seg selv?

Dere vet sikkert alle hvordan edderkopper jakter. Hvordan byttet deres blir viklet inn i et klebrig nett og dør. Og kanskje har alle minst en gang lurt på: "Hvorfor holder ikke edderkoppen seg til nettet?"

Svaret ligger i den spesifikke taktikken for å bygge et nett, som vi beskrev rett ovenfor. Nettet er laget av flere typer tråder. Basen som edderkoppen beveger seg på er laget av vanlig, veldig sterk og helt sikker tråd. Men "fangende" sirkler er tvert imot laget av tråd som er klissete og dødelig for mange insekter.

Funksjoner på nettet

Så vi fant ut hvordan nettet ser ut og hvor det dannes. Og nå kan vi også svare på hvordan edderkoppnettet brukes. Nettets primære oppgave er selvfølgelig å skaffe mat. Når "mat" kommer inn i nettet, kjenner edderkoppen umiddelbart vibrasjonen. Han nærmer seg byttet, pakker det raskt inn i et sterkt "teppe", åpner kanten og tar maten med til et sted hvor ingen vil plage ham for å nyte måltidet.

Men foruten å få mat, tjener nettet edderkoppen til andre formål. Den brukes til å lage en kokong for egg og et hus for å leve. Nettet fungerer som en slags hengekøye som hendelser finner sted på. parringsspill og parring. Den fungerer som en fallskjerm, som lar deg raskt rømme fra farlige fiender. Med dens hjelp kan edderkopper bevege seg gjennom trær om nødvendig.

Sterkere enn stål

Så vi vet allerede hvordan en edderkopp vever et nett og hva dets funksjoner er, hvordan det dannes og hvordan klebrige nettverk er bygget for å skaffe mat. Men spørsmålet gjenstår om hvorfor nettet er så sterkt.

Til tross for at alle edderkoppdesign er varierte, har de samme egenskap - økt styrke. Dette sikres ved at nettet inneholder et protein - keratin. Den finnes forresten også i dyreklør, ull og fuglefjær. Fibrene i nettet strekker seg perfekt og går deretter tilbake til sin opprinnelige form, uten å rive.

Forskere sier at edderkoppnett er mye sterkere enn naturlig silke. Sistnevnte har en strekkfasthet på 30-42 g/mm 2, men banen har en strekkfasthet på ca. 170 g/mm 2. Du kan føle forskjellen.

Hvordan en edderkopp vever et nett er forståelig. At den er holdbar er også et spørsmål som er løst. Men visste du at til tross for en slik styrke, er nettet flere tusen ganger tynnere enn menneskehår? Hvis vi sammenligner bruddytelsen til spindelvev og andre tråder, overgår den ikke bare silke, men også viskose, nylon og orlon. Selv det sterkeste stålet kan ikke måle seg med det i styrke.

Visste du at måten en edderkopp vever nettet på vil avgjøre antall ofre som havner i den?

Når byttet havner i nettet, fester det seg ikke bare til "fangstnettet", men blir også truffet elektrisk ladning. Det dannes av insektene selv, som samler en ladning under flyturen, og når de kommer inn på nettet, gir de det til trådene og infiserer seg selv.

Å vite hvordan en edderkopp vever et nett og hvilke "sterke" egenskaper den har, hvorfor lager ikke folk fortsatt klær av slike tråder? Det viser seg at i løpet av Louis XIVs tid prøvde en av håndverkerne å sy hansker og sokker til kongen av edderkopptråder. Dette arbeidet viste seg imidlertid å være svært vanskelig, møysommelig og langvarig.

I Sør Amerika edderkoppnett hjelper ikke bare produsentene selv, men også de lokale apene. Takket være nettenes styrke beveger dyr seg gjennom dem behendig og fryktløst.

Representanter for arachnid-ordenen finnes overalt. Dette er rovdyr som jakter på insekter. De fanger byttet sitt ved hjelp av et nett. Dette er en fleksibel og slitesterk fiber som fluer, bier og mygg fester seg til. Hvordan en edderkopp vever et nett er et spørsmål som ofte stilles når man ser på et fantastisk fangstnett.

Hva er en nett?

Edderkopper er en av de eldste innbyggerne på planeten, på grunn av deres lille størrelse og spesifikke utseende de blir feilaktig betraktet som insekter. Faktisk er dette representanter for leddyrordenen. Edderkoppens kropp har åtte ben og to seksjoner:

cephalothorax;
mageregionen.

I motsetning til insekter har de ikke antenner og en hals som skiller hodet fra brystet. Magen til en arachnid er en slags fabrikk for produksjon av spindelvev. Den inneholder kjertler som produserer et sekret bestående av protein beriket med alanin, som gir styrke, og glycin, som er ansvarlig for elastisiteten. Av kjemisk formel nettet er nær silken til insekter. Inne i kjertlene er sekretet flytende, men når det utsettes for luft stivner det.

Informasjon. Caterpillar silke silkeorm og edderkoppnett har en lignende sammensetning - 50% er fibroinprotein. Forskere har funnet ut at edderkopptråd er mye sterkere enn larvesekresjon. Dette er på grunn av det særegne ved fiberdannelse

Hvor kommer et edderkoppnett fra?

På magen til leddyret er det utvekster - arachnoidvorter. I deres øvre del åpnes kanalene til arachnoidkjertlene og danner tråder. Det er 6 typer kjertler som produserer silke til forskjellige formål (flytting, senking, sammenfiltring av byttedyr, lagring av egg). Hos en art forekommer ikke alle disse organene samtidig, vanligvis har et individ 1-4 par kjertler.

På overflaten av vorter er det opptil 500 spinnende rør som leverer proteinsekresjon. Edderkoppen spinner nettet sitt som følger:

edderkoppvorter presses mot basen (tre, gress, vegg, etc.);
Ikke et stort nummer av ekornet holder seg til det valgte stedet;
edderkoppen beveger seg bort og trekker tråden med bakbena;
for hovedarbeidet brukes lange og fleksible fremre ben, med deres hjelp lages en ramme fra tørre tråder;
Den siste fasen av å lage nettverket er dannelsen av klebrige spiraler.

Takket være observasjoner fra forskere ble det kjent hvor edderkoppnettet kommer fra. Det produseres av bevegelige parvorter på magen.

Interessant fakta. Nettet er veldig lett, og vekten av en tråd viklet rundt jorden langs ekvator vil bare være 450 g.

Edderkopp trekker tråd fra magen

Hvordan bygge et fiskegarn

Vind - beste hjelperen edderkopp i konstruksjon. Etter å ha tatt ut en tynn tråd fra vortene, utsetter edderkoppen den for en luftstrøm, som bærer den frosne silken over en betydelig avstand. Dette hemmelig måte som en edderkopp som vever et nett mellom trær. Nettet klamrer seg lett til tregrener, ved å bruke det som et tau, beveger edderkoppdyret seg fra sted til sted.

Et visst mønster kan spores i strukturen til nettet. Grunnlaget er en ramme av sterke og tykke tråder arrangert i form av stråler som divergerer fra ett punkt. Fra den ytre delen lager edderkoppen sirkler, og beveger seg gradvis mot midten. Det er utrolig at uten utstyr holder den samme avstand mellom hver sirkel. Denne delen av fibrene er klissete og det er der insekter vil sette seg fast.

Interessant fakta. Edderkoppen spiser sitt eget nett. Forskere tilbyr to forklaringer på dette faktum - på denne måten blir tapet av protein under reparasjonen av fiskenettet fylt opp, eller edderkoppen bare drikker vann som henger på silketrådene.

Kompleksiteten til nettmønsteret avhenger av typen edderkoppdyr. Lavere leddyr bygger enkle nettverk, mens høyere bygger komplekse geometriske mønstre. Det er anslått at den bygger en felle med 39 radier og 39 spiraler. I tillegg til glatte radielle gjenger, hjelpe- og fangespiraler, er det signalgjenger. Disse elementene fanger opp og overfører vibrasjonene til det fangede byttet til rovdyret. Hvis en fremmed gjenstand (en gren, et blad) kommer over, skiller den lille eieren den og kaster den, og gjenoppretter nettet.

Store arboreal edderkoppdyr trekker feller med en diameter på opptil 1 m Ikke bare insekter, men også små fugler faller inn i dem.

Hvor lang tid tar det en edderkopp å veve et nett?

Et rovdyr bruker fra en halv time til 2-3 timer på å lage en åpen felle for insekter. Driftstiden avhenger av værforhold og planlagte nettverksstørrelser. Noen arter vever silketråder daglig, og gjør det om morgenen eller kvelden, avhengig av livsstilen deres. En av faktorene som bestemmer hvor lang tid det tar en edderkopp å veve et nett er typen – flat eller voluminøs. Den flate er den kjente versjonen av radielle tråder og spiraler, og den volumetriske er en felle laget av en klump av fibre.

Formålet med nettet

Finnett er ikke bare insektfeller. Nettets rolle i edderkoppdyrenes liv er mye bredere.

Å fange byttedyr

Alle edderkopper er rovdyr, og dreper byttet sitt med gift. Dessuten har noen individer en skjør konstitusjon og kan selv bli ofre for insekter, for eksempel veps. For å jakte trenger de ly og en felle. Klistrete fibre utfører denne funksjonen. De vikler byttet fanget i nettet i en kokong av tråder og lar det stå til det injiserte enzymet bringer det i flytende tilstand.

Arachnid silkefibre er tynnere enn menneskehår, men deres spesifikke strekkstyrke kan sammenlignes med ståltråd.

Reproduksjon

I løpet av paringsperioden fester hannene sine egne tråder til hunnens nett. Ved å slå på silkefibrene rytmisk, kommuniserer de intensjonene sine til en potensiell partner. Hunnen som mottar frieri, stiger ned på hannens territorium for å pare seg. Hos noen arter starter hunnen søket etter en partner. Hun skiller ut en tråd med feromoner, takket være at edderkoppen finner henne.

Hjem for ettertiden

Kokonger for egg er vevd av det silkeaktige nettsekretet. Antallet deres, avhengig av type leddyr, er 2-1000 stykker. Hunnene henger nettsekkene med egg på et trygt sted. Kokonskallet er ganske sterkt det består av flere lag og er impregnert med flytende sekresjon.

I hulen deres vever edderkoppdyr nett rundt veggene. Dette bidrar til å skape et gunstig mikroklima og fungerer som beskyttelse mot dårlig vær og naturlige fiender.

Flytte

Et av svarene på hvorfor en edderkopp vever et nett er at den bruker tråder som kjøretøy. For å bevege seg mellom trær og busker, raskt forstå og falle, trenger den sterke fibre. For å fly over lange avstander, klatrer edderkopper til forhøyede høyder, slipper et raskt herdende nett, og deretter flyr de bort i flere kilometer med et vindkast. Oftest foretas turer i varmt vær klare dager Indisk sommer.

Hvorfor holder ikke edderkoppen seg til nettet?

For å unngå å gå i sin egen felle lager edderkoppen flere tørre tråder for bevegelse. Jeg kjenner meg perfekt rundt forviklingene til garn, og han nærmer seg trygt byttet som sitter fast. Vanligvis forblir et trygt område i midten av fiskenettet, hvor rovdyret venter på byttedyr.

Forskeres interesse for samspillet mellom edderkoppdyr og deres jaktfeller begynte for mer enn 100 år siden. Opprinnelig ble det antydet at det var et spesielt smøremiddel på labbene deres som forhindret stikking. Det ble aldri funnet noen bekreftelse på teorien. Å filme med et spesielt kamera bevegelsen av edderkoppens ben langs fibre fra det frosne sekretet ga en forklaring på kontaktmekanismen.

En edderkopp holder seg ikke til nettet av tre grunner:

mange elastiske hår på bena reduserer kontaktområdet med den klebrige spiralen;
tuppene på edderkoppens ben er dekket med en oljeaktig væske;
bevegelse skjer på en spesiell måte.

Hva er hemmeligheten bak strukturen til bena som hjelper edderkoppdyr til å unngå å feste seg? På hvert ben av edderkoppen er det to støtteklør som den klamrer seg til overflaten med, og en fleksibel klo. Mens den beveger seg, presser den trådene mot de fleksible hårene på foten. Når edderkoppen løfter benet, retter kloen seg og hårene skyver vekk nettet.

En annen forklaring er mangelen på direkte kontakt mellom edderkoppens ben og de klebrige dråpene. De faller på hårene på foten, og flyter deretter lett tilbake på tråden. Uansett hvilke teorier zoologer vurderer, forblir faktum uendret at edderkopper ikke blir fanger av sine egne klissete feller.

Andre edderkoppdyr, som midd og pseudoskorpioner, kan også veve nett. Men deres nettverk kan ikke sammenlignes i styrke og dyktig veving med verkene til ekte mestere - edderkopper. Moderne vitenskap er ennå ikke i stand til å reprodusere nettet ved hjelp av en syntetisk metode. Teknologien for å lage edderkoppsilke er fortsatt et av naturens mysterier.

Kandidat for fysiske og matematiske vitenskaper E. Lozovskaya

Vitenskap og liv // Illustrasjoner

Det klebende stoffet som dekker tråden til fangspiralen er jevnt fordelt over hele banen i form av perledråper. Bildet viser stedet hvor to fragmenter av fangespiralen er festet til radiusen.

Vitenskap og liv // Illustrasjoner

De første stadiene av å bygge et fangstnett av en korsedderkopp.

Den logaritmiske spiralen beskriver tilnærmet formen på hjelpespiraltråden som edderkoppen legger ved konstruksjon av et hjulformet fangnett.

Arkimedes-spiralen beskriver formen på den selvklebende fangstråden.

Sikksakk-tråder er en av egenskapene til nettene til edderkopper av slekten Argiope.

De krystallinske områdene av silkefiberen har en foldet struktur som ligner på den som er vist på figuren. Individuelle kretser tilkoblet hydrogenbindinger.

Unge korsedderkopper som nettopp har dukket opp fra nettkokongen deres.

Edderkopper av familien Dinopidae spinosa vever et nett mellom bena og kaster det over byttet.

Korsedderkoppen (Araneus diadematus) er kjent for sin evne til å veve store, hjulformede fangnett.

Noen typer edderkopper fester også en lang "stige" til den runde fellen, noe som øker effektiviteten av jakten betydelig.

Vitenskap og liv // Illustrasjoner

Slik ser edderkopprørene som trådene av edderkoppsilke kommer ut fra under et mikroskop.

Edderkopper er kanskje ikke de mest attraktive skapningene, men deres skapelse, nettet, er intet mindre enn fryktinngytende. Husk hvordan den geometriske regelmessigheten til de fineste trådene som glitrer i solen, strukket mellom grenene på en busk eller blant høyt gress, fanger øyet.

Edderkopper er en av de eldste innbyggerne på planeten vår, etter å ha bosatt seg på land for mer enn 200 millioner år siden. Det er rundt 35 tusen arter av edderkopper i naturen. Disse åttebeinte skapningene, som lever overalt, er gjenkjennelige alltid og overalt, til tross for forskjeller i farge og størrelse. Men det viktigste er særpreg- er evnen til å produsere edderkoppsilke, en naturlig fiber uovertruffen i styrke.

Edderkopper bruker nett til en rekke formål. De lager kokonger for egg av det, bygger tilfluktsrom for overvintring, bruker det som et "sikkerhetstau" når de hopper, vever intrikate fangstnett og pakker inn fanget bytte. En hunn klar for parring produserer en nettråd merket med feromoner, takket være hvilken hannen, som beveger seg langs tråden, lett finner en partner. Unge edderkopper av noen arter flyr bort fra foreldrenes reir på lange tråder som bæres av vinden.

Edderkopper lever hovedsakelig av insekter. Jaktapparatene de bruker for å få mat er av de fleste ulike former og typer. Noen edderkopper strekker ganske enkelt ut flere signaltråder i nærheten av deres ly, og så snart et insekt berører tråden, skynder de seg mot det fra bakhold. Andre kaster en tråd med en klissete dråpe i enden fremover, som en slags lasso. Men toppen av designaktiviteten til edderkopper er fortsatt runde hjulformede nett, plassert horisontalt eller vertikalt.

For å bygge et hjulformet fangstnett produserer korsedderkoppen, en vanlig innbygger i våre skoger og hager, en ganske lang, sterk tråd. En bris eller stigende luftstrøm løfter tråden oppover, og hvis stedet for å bygge banen er godt valgt, klamrer den seg til nærmeste gren eller annen støtte. Edderkoppen kryper langs den for å sikre enden, noen ganger legger den en annen tråd for styrke. Deretter slipper han en fritt hengende tråd og fester en tredje til midten, slik at det oppnås en Y-formet struktur - de tre første radiene av mer enn femti. Når de radielle trådene og rammen er klare, går edderkoppen tilbake til midten og begynner å legge ut en midlertidig hjelpespiral - noe sånt som "stillas". Hjelpespiralen holder strukturen sammen og fungerer som en bane for edderkoppen når man konstruerer en fangspiral. Hele hovedrammen til nettet, inkludert radiene, er laget av ikke-klebende tråd, men for fangespiralen brukes en dobbel tråd belagt med et klebende stoff.

Det som er overraskende er at disse to spiralene har forskjellige geometriske former. Den midlertidige spiralen har relativt få svinger, og avstanden mellom dem øker for hver sving. Dette skjer fordi, når du legger den, beveger edderkoppen seg i samme vinkel til radiene. Formen på den resulterende brutte linjen er nær den såkalte logaritmiske spiralen.

Den klebrige fangstspiralen er bygget etter et annet prinsipp. Edderkoppen starter ved kanten og beveger seg mot midten, holder samme avstand mellom svingene, og skaper en Archimedes-spiral. Samtidig biter den av trådene til hjelpespiralen.

Edderkoppsilke produseres av spesielle kjertler som ligger på baksiden av edderkoppens mage. Minst syv typer arachnoidkjertler er kjent, som produserer forskjellige filamenter, men ingen av dem kjente arter Alle de syv typene edderkopper blir ikke funnet på en gang. Vanligvis har en edderkopp fra ett til fire par av disse kjertlene. Å veve et nett er ikke en rask oppgave, og det tar omtrent en halvtime å bygge et mellomstort fangstnett. For å bytte til produksjon av en annen type vev (for fangspiralen), trenger edderkoppen et minutts pusterom. Edderkopper gjenbruker ofte nett ved å spise gjenværende nett som har blitt skadet av regn, vind eller insekter. Nettet fordøyes i kroppen deres ved hjelp av spesielle enzymer.

Strukturen til edderkoppsilke har blitt perfekt utviklet over hundrevis av millioner år med evolusjon. Dette naturlige materialet kombinerer to fantastiske egenskaper - styrke og elastisitet. En vev laget av spindelvev kan stoppe et insekt som flyr i full fart. Tråden som edderkopper vever bunnen av jaktnettet fra er tynnere enn et menneskehår, og dens spesifikke (det vil si beregnet per masseenhet) strekkstyrke er høyere enn stål. Hvis du sammenligner edderkopptråd med ståltråd med samme diameter, vil de bære omtrent samme vekt. Men edderkoppsilke er seks ganger lettere, noe som betyr at den er seks ganger sterkere.

I likhet med menneskehår, saueull og silke fra silkeormkokonger, består edderkoppnett hovedsakelig av proteiner. Når det gjelder aminosyresammensetning, er edderkoppnettsproteinene - spidroiner - relativt nær fibroiner, proteinene som utgjør silken som produseres av silkeormslarver. Begge inneholder uvanlig store mengder av aminosyrene alanin (25 %) og glycin (ca. 40 %). Områder med proteinmolekyler som er rike på alanin danner krystallinske områder tettpakket i folder, og gir høy styrke, og de områdene hvor det er mer glycin representerer et mer amorft materiale som kan strekke seg godt og dermed gi elastisitet til tråden.

Hvordan dannes en slik tråd? Det finnes ikke noe fullstendig og klart svar på dette spørsmålet ennå. Prosessen med spinning av nett har blitt studert mest detaljert ved å bruke eksemplet med den ampullaide kjertelen til den orb-vevende edderkoppen Nephila clavipes. Den ampullaide kjertelen, som produserer den sterkeste silken, består av tre hovedseksjoner: en sentral sekk, en veldig lang buet kanal og et rør med utløp. Fra cellene på den indre overflaten av sekken kommer små sfæriske dråper som inneholder to typer spidroin-proteinmolekyler. Denne viskøse løsningen strømmer inn i halen av sekken, hvor andre celler skiller ut en annen type protein - glykoproteiner. Takket være glykoproteiner får den resulterende fiberen en flytende krystallinsk struktur. Flytende krystaller er bemerkelsesverdige ved at de på den ene siden har en høy grad av orden, og på den andre beholder de flytende. Når den tykke massen beveger seg mot utløpet, blir de lange proteinmolekylene orientert og justert parallelt med hverandre i retning av aksen til den formende fiberen. I dette tilfellet dannes intermolekylære hydrogenbindinger mellom dem.

Menneskeheten har kopiert mange av naturens designfunn, men en så kompleks prosess som å spinne et nett har ennå ikke blitt reprodusert. Forskere prøver nå å løse dette vanskelige problemet ved hjelp av bioteknologiske teknikker. Det første trinnet var å isolere genene som er ansvarlige for produksjonen av proteinene som utgjør nettet. Disse genene ble introdusert i cellene til bakterier og gjær (se "Science and Life" nr. 2, 2001). Kanadiske genetikere har gått enda lenger – de har avlet frem genmodifiserte geiter hvis melk inneholder oppløste edderkoppnettproteiner. Men problemet er ikke bare å skaffe edderkoppsilkeprotein, det er nødvendig å simulere den naturlige spinneprosessen. Men forskerne har ennå ikke lært denne leksjonen fra naturen.

Hvem som helst kan enkelt børste bort spindelvev som henger mellom grenene på et tre eller under taket i ytterste hjørne av rommet. Men de færreste vet at hvis banen hadde en diameter på 1 mm, kunne den tåle en belastning på omtrent 200 kg. Ståltråd med samme diameter tåler betydelig mindre: 30–100 kg, avhengig av ståltype. Hvorfor har nettet slike eksepsjonelle egenskaper?

Noen edderkopper spinner opptil syv typer tråder, som hver har sitt eget formål. Tråder kan brukes ikke bare til å fange byttedyr, men også til å bygge kokonger og hoppe i fallskjerm (ved å ta av i vinden kan edderkopper flykte fra en plutselig trussel, og unge edderkopper sprer seg til nye territorier på denne måten). Hver type bane er produsert av spesielle kjertler.

Banen som brukes til å fange byttedyr består av flere typer tråder (fig. 1): ramme, radial, fanger og hjelpe. Den største interessen for forskere er rammetråden: den har både høy styrke og høy elastisitet - det er denne kombinasjonen av egenskaper som er unik. Den ultimate strekkstyrken til edderkoppens rammetråd Araneus diadematus er 1,1–2,7. Til sammenligning: strekkfastheten til stål er 0,4–1,5 GPa, og den for menneskehår er 0,25 GPa. Samtidig kan rammetråden strekke seg med 30–35 %, og de fleste metaller tåler deformasjon på ikke mer enn 10–20 %.

La oss forestille oss et flygende insekt som treffer et strukket nett. I dette tilfellet må tråden på nettet strekke seg slik at den kinetiske energien til det flygende insektet omdannes til varme. Hvis banen lagret den mottatte energien i form av elastisk deformasjonsenergi, ville insektet sprette av banen som fra en trampoline. En viktig egenskap ved banen er at den frigjør en meget stor mengde varme under rask strekking og påfølgende sammentrekning: energien som frigjøres per volumenhet er mer enn 150 MJ/m 3 (stål frigjør 6 MJ/m 3). Dette gjør at nettet effektivt kan spre slagenergien og ikke strekke seg for mye når et offer treffer det. Edderkoppnett eller polymerer med lignende egenskaper kan være ideelle materialer for lett kroppsrustning.

I folkemedisin Det er en slik oppskrift: for å stoppe blødningen, kan du påføre et spindelvev på et sår eller slitasje, fjerne det forsiktig for insekter og små kvister som sitter fast i det. Det viser seg at edderkoppnett har en hemostatisk effekt og akselererer helbredelsen av skadet hud. Kirurger og transplantologer kan bruke det som et materiale for suturering, forsterkning av implantater, og til og med som et blankett for kunstige organer. Ved hjelp av nettet kan du forbedre deg betydelig mekaniske egenskaper mange materialer som i dag brukes i medisin.

Så edderkoppnett er et uvanlig og veldig lovende materiale. Hva molekylære mekanismer er ansvarlig for dens eksepsjonelle egenskaper?

Vi er vant til at molekyler er ekstremt små objekter. Dette er imidlertid ikke alltid tilfelle: polymerer er utbredt rundt oss, som har lange molekyler som består av identiske eller lignende enheter. Det vet alle genetisk informasjon levende organisme er skrevet i lange DNA-molekyler. Alt ble holdt i hendene deres plastposer, bestående av lange sammenvevde polyetylenmolekyler. Polymermolekyler kan nå enorme størrelser.

For eksempel er massen til ett menneskelig DNA-molekyl omtrent 1,9·10 12 amu. (dette er imidlertid omtrent hundre milliarder ganger mer enn massen til et vannmolekyl), lengden på hvert molekyl er flere centimeter, og den totale lengden på alle menneskelige DNA-molekyler når 10 11 km.

Den viktigste klassen av naturlige polymerer er proteiner de består av enheter som kalles aminosyrer. Ulike proteiner utfører ekstremt forskjellige funksjoner i levende organismer: de kontrollerer kjemiske reaksjoner, brukes som byggemateriale, for beskyttelse osv.

Stillastråden på nettet består av to proteiner, som kalles spidroins 1 og 2 (fra engelsk edderkopp- edderkopp). Spidroiner er lange molekyler med masser fra 120 000 til 720 000 amu. Aminosyresekvensene til edderkopper kan variere fra edderkopp til edderkopp, men alle edderkopper har vanlige trekk. Hvis du mentalt strekker ut et langt spidroin-molekyl i en rett linje og ser på sekvensen av aminosyrer, viser det seg at det består av repeterende seksjoner som ligner hverandre (fig. 2). To typer regioner veksler i molekylet: relativt hydrofile (de som det er energetisk gunstig å komme i kontakt med vannmolekyler for) og relativt hydrofobe (de som unngår kontakt med vann). I endene av hvert molekyl er det to ikke-repetitive hydrofile regioner, og de hydrofobe områdene består av mange repetisjoner av en aminosyre kalt alanin.

Et langt molekyl (f.eks. protein, DNA, syntetisk polymer) kan betraktes som et sammenkrøllet, sammenfiltret tau. Å strekke det er ikke vanskelig, fordi løkkene inne i molekylet kan rette seg ut, noe som krever relativt liten innsats. Noen polymerer (som gummi) kan strekke seg opptil 500 % av sin opprinnelige lengde. Så evnen til edderkoppnett (et materiale som består av lange molekyler) til å deformere mer enn metaller er ikke overraskende.

Hvor kommer styrken til nettet fra?

For å forstå dette er det viktig å følge prosessen med tråddannelse. Inne i edderkoppkjertelen akkumuleres spidroins i formen konsentrert løsning. Når filamentet er dannet, forlater denne løsningen kjertelen gjennom en smal kanal, dette hjelper til med å strekke molekylene og orientere dem langs strekningens retning, og de tilsvarende kjemiske endringene gjør at molekylene holder seg sammen. Fragmenter av molekyler bestående av alaniner går sammen og danner en ordnet struktur, lik en krystall (fig. 3). Inne i en slik struktur er fragmentene lagt parallelt med hverandre og koblet til hverandre med hydrogenbindinger. Det er disse områdene, sammenlåst med hverandre, som gir styrken til fiberen. Den typiske størrelsen på slike tettpakkede områder av molekyler er flere nanometer. De hydrofile områdene rundt dem viser seg å være tilfeldig kveilet, i likhet med sammenkrøllete tau, de kan rette seg ut og dermed sikre strekking av banen.

Mange komposittmaterialer, som for eksempel armert plast, er konstruert etter samme prinsipp som stillastråden: i en relativt myk og fleksibel matrise, som tillater deformasjon, er det små harde områder som gjør materialet sterkt. Selv om materialforskere har jobbet med lignende systemer i lang tid, begynner menneskeskapte kompositter bare å nærme seg edderkoppnett i egenskapene deres.

Interessant nok, når nettet blir vått, trekker det seg kraftig sammen (dette fenomenet kalles superkontraksjon). Dette skjer fordi vannmolekyler trenger inn i fiberen og gjør de uordnede hydrofile områdene mer mobile. Hvis nettet har strukket seg og falt på grunn av insekter, trekker det seg sammen på en fuktig eller regnfull dag og gjenoppretter samtidig formen.

Merk også interessant funksjon tråddannelse. Edderkoppen trekker ut nettet under påvirkning egen vekt, men den resulterende nettet (tråddiameter ca. 1–10 μm) kan vanligvis bære en masse seks ganger massen til selve edderkoppen. Hvis du øker vekten på edderkoppen ved å rotere den i en sentrifuge, begynner den å skille ut en tykkere og mer holdbar, men mindre stiv vev.

Når det gjelder bruk av edderkoppnett, oppstår spørsmålet om hvordan man får tak i det i industrielle mengder. Det finnes installasjoner i verden for å "melke" edderkopper, som trekker ut tråder og spoler dem på spesielle spoler. Imidlertid er denne metoden ineffektiv: for å samle 500 g vev, er det nødvendig med 27 tusen mellomstore edderkopper. Og her kommer bioteknikk forskerne til hjelp. Moderne teknologier gjøre det mulig å introdusere gener som koder for edderkoppnettproteiner i ulike levende organismer, som bakterier eller gjær. Disse genmodifiserte organismene blir kilder til kunstige nett. Proteiner oppnådd ved metoder genteknologi, kalles rekombinante. Merk at rekombinante spidroiner vanligvis er mye mindre enn naturlige, men strukturen til molekylet (vekslende hydrofile og hydrofobe områder) forblir uendret.

Det er tillit til at det kunstige nettet ikke vil være dårligere i sine egenskaper enn det naturlige og vil finne sine praktisk bruk både holdbar og miljøvennlig rent materiale. I Russland studerer flere vitenskapelige grupper fra ulike institutter i fellesskap egenskapene til nettet. Produksjonen av rekombinant edderkoppnett utføres ved Statens forskningsinstitutt for genetikk og utvalg av industrielle mikroorganismer, fysiske og Kjemiske egenskaper proteiner studeres ved Institutt for bioingeniørvitenskap, Biologisk fakultet, Moskva statsuniversitet. M.V. Lomonosov, produkter fra edderkoppnettproteiner er dannet ved Institute of Bioorganic Chemistry ved det russiske vitenskapsakademiet. medisinske applikasjoner studier ved Institutt for transplantasjon og kunstige organer.

Silke, som danner de radielle trådene på nettet, består av to proteiner som bestemmer dens styrke og elastisitet. Hvert protein inneholder tre regioner med ulike egenskaper. Den første danner en amorf (ikke-krystallinsk), strekkbar matrise som gir silke dens elastisitet. Når et insekt blir fanget i et nett, strekker matrisen seg og absorberer kinetisk energi kollisjon med et insekt. Silke får sin stivhet av to typer krystallinske områder innebygd i de amorfe områdene til hvert protein. Begge disse områdene har en tettpakket struktur og er ikke strekkbare, hvor en av dem har en stiv struktur. Det antas at de mindre stive krystallinske områdene forankrer de stive krystallinske strukturene til den amorfe matrisen.
Tykkelsen på tråden er kun 0,1 diameter på et menneskehår, men flere ganger sterkere enn ståltråd med samme vekt. I filmen Spider-Man er styrken til nettet sterkt undervurdert.
Forklaringen kommer fra biolog William K. Purves ved Harvey Mudd College.

Magen til edderkoppen er forstørret 12 ganger. Fabrikk for produksjon av vev.

Protein kommer ut fra rørene i bevegelse, som, når de først er i luften, stivner og danner en høyfast tråd.

På bildet til venstre er Kevlar, og til høyre er et nanorør - en karbontråd. Tester viser mer enn tre ganger overlegen styrke. Og dette er bare begynnelsen.