Информация о шелке паука


Шелк паука

Шелк паука - необычный материал. Одна из его особенностей - огромная прочность.

Нить шелка толщиной с карандаш способна остановить Боинг-747, летящий на полной скорости. Мы все еще не можем создать такой материал, несмотря на все наши технологические достижения.

У паука есть несколько желез, расположенных в животе, которые производят паутинный шелк. Каждая железа производит шелк для особой цели. Известны семь различных желез. Но разные виды пауков обладают только несколькими из этих желез, а не всеми сразу.

 
Железы известные как Glandula Ampulleceae - главная и вспомогательная используются для производства шелка нитей для перемещения. Glandula Pyriformes используется для производства нитей для прикрепления. Glandula Aciniformes производит нити для герметизации добычи. Glandula Tubiliformes производит нить для коконов. Glandula Coronatae используется для производства липких нитей.


Обычно у паука есть три пары прядильных органов. Но есть пауки только с одной парой или даже четырьмя парами прядильных органов. У каждого прядильного органа своя собственная функция. В прядильных органах есть маленькие трубы, которые связаны с железами. Число труб варьируется от 2 до 50 000.

Фото первого вида труб, производящих шелк
Фото первого вида труб, производящих шелк
Фото второго вида труб, производящих шелк
Фото второго вида труб, производящих шелк

Как применяет шелк паук

Паук использует шелк для различных целей:

при строительстве ловчих сетей, при производстве мешков для яиц,для связывания добычи, для страховки при скачке или спуске,чтобы убежать в случае опасности, для передачи семени из гениталий в педипальпы мужскими особями, в качестве отметок на пути, помечая его феромонами, для отступления при опасности.

 

 

Прядильные органы (Spinners)

 Человеческий глаз способен различать объекты с диаметром 25 мкм на расстоянии 10 см. Средний диаметр нити паука-кругопряда около 0,15 мм. Самая тонкая измеренная нить была лишь 0,02 мм. Поэтому мы способны видеть паутину только из-за отражения нитью солнечного света.

Но эта тонкая нить способна остановить пчелу, летящую на полной скорости. Эта нить не только очень крепкая, но также и очень упругая. Благодаря этим свойствам шелк паука жестче, чем любые другие материалы или металлы, известные нам. Прочность материала измеряется в единицах, называемых dernier (1 dernier = 1 г на 9000 м). Нить паука имеет прочность от 5 до 8. Это означает, что нить из шелка паука разрушится под собственным весом при ее длине 45 - 72 км. Сопоставимыми материалами являются нейлон и стекло. Сталь имеет прочность приблизительно равную 3.

Фиброин - материал шелка паука
Фиброин - материал шелка паука
Растянутый шелк в 1, 5 и 20 раз
Растянутый шелк в 1, 5 и 20 раз

Из чего сделаны нити паутины?

Шелк более чем на 50% состоит из полимеризованного белка, называемого фиброин, с молекулярным весом 200000-300000. Если смотреть на шелк на молекулярном уровне, то можно увидеть, что протеиновые пряди строго ориентированы. Шелк производится шелковыми железами в виде жидкости с молекулярным весом 30000. Как следствие этого, можно предположить, что белок и другие органические распределения молекул отличаются в различных типах шелка, который производит паук. Прежде чем выйти из прядильных органов, шелк полимеризуется.

 До сих пор не ясно, что активизирует процесс полимеризации.

Известно, по крайней мере, семь типов желез. Но не известно ни одного семейства со всеми семью типами желез сразу.

Есть специальная железа (glandula aggregata), которая производит липкий шелк.

Другие шесть желез:
Gl. Ampulleceae - две железы (главная и младшая) для производства нитей для перемещения;
Gl. Pyriformes производит шелк для крепежных нитей;
Gl. Aciniformes производит шелк для заплетания добычи;
Gl. Tubiliformes производит шелк для мешка с яйцами;
Gl. Coronatae производит нити для осей липких нитей.

От 1 до 4 пар прядильных органов выпускают шелк. Железы есть только у пауков-cribellate. Эта область содержит маленькие трубы (их число может быть от 100 до 50000), которые выпускают паутину с самым маленьким диаметром 0.00002 mm. Научное название этой области cribellum.В зависимости от типа шелка, который необходим пауку, паук смешивает жидкости от различных желез и регулирует скорость и объем выпуска. Шелк - материал упругий, ломается только при растяжении в 2 - 4 раза. На фотографии показан шелк паука Stegodyphus sarasinorum нормальной длины и растянутый в 5 и 20 раз от первоначальной длины. Паук может легко перерабатывать шелк, что является очень важным для пауков-кругопрядов. Их сеть легко разрушается плохой погодой или летящей добычей. Через день или два липкие капельки клея теряют свою липкость. Поэтому старая сеть съедается и строится новая. Размельчение и переваривание сети выполняется специальными пищеварительными соками,содержащими ферменты, которые более продуктивны, чем любое механическое размельчение. Эти соки также используются для соединения концов шелка. В июле 1996 г. Дю Понт анонсировал в журнале Scientific American, что они изучают структуры биополимера сетей паука. Используя технологию рекомбинации DNA, они сумели произвести аналог шелка в дрожжах и бактериях и планируют использовать этот синтезированный материал для всех видов строительства.

 

Почему шелк, сделанный из белка, не разлагается грибками и бактериями, подобно всем другим белкам? Мы запасаем белки приготавливая пищу путем консервирования, сушки или добавления кислоты. 

В шелке паука есть три вещества, которые способствуют его долговечности: пиролидин, гидрофосфат калия и нитрат калия. Пиролидин можно найти в красителях и растительных ядах, он очень гигроскопичен (сильно впитывает воду). Это вещество предотвращает нить от засыхания. Пиролидин также содержится в клее ловчей сети в высокой концентрации. Гидрофосфат калия делает нить кислотной и предотвращает грибковый и бактериальный рост. Низкий pH вызывает денатурацию белков (делает их нерастворимыми). Это явление мы может наблюдать в кислом молоке. Нитрат калия предотвращает рост бактерий и грибков.

Нить паука-кругопряда Araneus diadematus очень упругая, и может быть растянута на 30-40%, прежде чем оборвется. Сталь может быть растянута только на 8%, а нейлон - где-то на 20%. На фотографии (см. выше) можно видеть, что нить паука Stegodyphus sarasinorum из-за техники переплетения может быть растянута на длину в 20 раз большую ее первоначальной длины.

Большинство пауков-кругопрядов пускают свои сети в оборот. Плетение сети отнимает много ресурсов паука. Так как они должны регулярно возобновлять сеть, они едят шелк. Только главная нить сети оставляется неповрежденной. Поэтому по утрам они обычно ткут новую сеть.
Изучая нити пауков, можно выделить две группы Cribellate и E-cribellate.
Cribellate пауки прядут тонкую пушистую паутину. Для этого у них есть структуры, подобные расческам (calamistrum), на metatarsus или на tarsus четвертых пар ног и орган cribellum, производящий дополнительный шелк расположенного перед прядильными органами spinners.

Шелк вытягивается из cribellum и затем расчесывается в шерстистую структуру. Расчесанный шелк состоит из тысяч маленьких нитей, прикрепленных к более толстой. На нитях нет никакого клея, но насекомое застревает своими волосками на их теле в шелке. Более толстые нити в паутине предотвращают шелк от разрывания, не давая насекомому выбраться.

 

Фото. Cribellum of Aumaurobius similis
Фото. Cribellum of Aumaurobius similis
Четвертая нога cribellate паука
Четвертая нога cribellate паука
Cribellate паук
Cribellate паук
E-cribellate паук
E-cribellate паук

Применение человеком шелка паука

Шелк паука используется для нескольких целей.

Поленизийские рыбаки используют нить золотого паука-кругопряда (Nephila) как леску. В New-Hebrides сети паука использовали для изготовления сетей для транспортирования наконечников стрел, табака и высушенного яда для наконечников стрел. Некоторые племена в Новой Гвинеи использовали сети как шляпы, чтобы защитить головы от дождя.


В Первой мировой войне нити Araneus diadematus, Zilla atrica, Argiope aurantia и других пауков-кругопрядов использовались как перекрестие в инструментах.


В 1709 году Француз Bon de Saint-Hilaire продемонстрировал возможность создания ткани из шелка пауков. Множество коконов были вымыты, высушены, а затем была вычесана нить. Было изготовлено несколько носков и перчаток. Но экономически это оказалось не выгодно. Было подсчитано, что для того, чтобы произвести один килограмм шелка, необходимо 1,3 миллиона коконов паука.

На Мадагаскаре были предприняты некоторые попытки использовать пауков Nephil для производства шелка. Нити вручную вытаскивали из прядильных органов (spinner) паука. После истощения паука отпускали в лес и брались за следующего. Собранный шелк был красивого золотого цвета. Этот проект был тоже запрещен по многим причинам. В настоящее время ведутся попытки производить шелк искусственным путем.

Фото круговой сети паука Araneus diadematus
Фото круговой сети паука Araneus diadematus
Фото круговой сети паука Araneus diadematus
Фото круговой сети паука Araneus diadematus