Зачем пауку паутина? | Публикации
Пауков около 21 тысячи видов. В одном Подмосковье их триста пятьдесят. Пауков так много, что в среднем на гектар леса их приходится больше миллиона. А если учесть, что каждый из них за жизнь поедает сотни насекомых, то становится понятным, какие они враги вредных насекомых.
Сколько раз в жизни каждый из нас сталкивался с паутиной, вычищая ее из углов комнаты, стирая, липкую, в густом лесу с лица, обнаруживая и в ящике стола, и над рекой, и даже в воде. Паутина удивительно прочна — только недавно люди научились делать нити, прочностью превышающие паутину.
Самые «знаменитые» в паучьем мире конструкторы сетей — известные всем крестовики. Впрочем, мадагаскарские пауки — нефилы, пожалуй, более искусные мастера. Они плетут такие прочные сети, что из них даже иногда получают ткани, не уступающие по прочности и красоте шелку. Более ста лет назад французский натуралист д’Орбиньи поражал своих соотечественников панталонами, сшитыми из паутины.
Нефила пробовали даже одомашнить. Да вот трудность — разве накормишь тысячу прожорливых пауков? Уж очень дорогая получится пряжа. И где им найти место для многометровых паутин?
Целыми днями сторожит хищник свою сеть. Стоит заколебаться паутине — и паук кидается к добыче.
Жадность пауков очень мешает их семейной жизни. Самцы пауков значительно меньше самок. И стоит самцу поспешить в гости к подруге, она, не особенно рассматривая, кто там колышет сеть, бросается на него и съедает, как обыкновенную муху. Поэтому самцы, чтобы спасти жизнь, выработали множество способов предупредить самку о своем приближении. Чаще всего самец осторожно подбирается к краю паутины и начинает ритмично подергивать ее передними ногами. И только когда самка ответит ему такими же покачиваниями, он спокойно приближается. Ужинать им, возможно, не будут.
Сеть — это простейшая из паучьих ловушек. Есть и более хитрые. Например, у пауков-землекопов самцы бродят по земле, а самки выкапывают глубокие норы и оплетают их паутиной.
Больше того, они делают и паутинную крышу над норой. Крыша высовывается на поверхность, как будто конец пальца.
Долго ученые не могли понять, как же охотится землекоп, если он так надежно замуровывает сам себя. И, наконец, это удалось подсмотреть. Оказывается, стоит ничего не подозревающему насекомому наткнуться на куполок паучьего домика, как сквозь тонкую «крышу» изнутри моментально протягиваются две длинные ноги. Они обхватывают жертву и прижимают ее к паутине. Остальными ногами паук прорежет отверстие в крыше и втянет насекомое внутрь.
Устилают норы паутиной не только землекопы, но и хищники более крупные — птицееды или пауки-зебры. Правда, им паутина нужна лишь для уюта.
На охоте птицееды надеются на силу своих челюстей и яд. Питаются они птицами, лягушками, ящерицами.
Среди этих бродячих охотников есть свои «оригиналы». Например, плюющий паук.
Вот он тихо подкрадывается к большой добыче, которая явно сильнее его. Вроде бы пауку с ней и не справиться.
Хищник замер в нескольких сантиметрах от насекомого. Потом заметно вздрогнул. И насекомое уже не может взлететь — паук накинул на жертву липкую, крепкую сеть.
Много еще есть у пауков хитрых «изобретений» из паутины. Водяные пауки плетут из нее воздушные колокола и живут в пузырьке воздуха.
А для паучьих детей некоторых видов она служит и транспортом.
К осени у пауков выводится молодь. И молодые паучки взбираются на деревья, заборы — в общем повыше. Там ждут ветерка. И как только он подует, начинают выпускать тонкую паутинку. Чем длиннее она, тем сильнее тянет ее ветер. Наконец паучок откусывает конец, прикрепленный к забору или дереву, и взлетает. Он летит иногда многие километры — таких «путешественников» находили и на кораблях, в нескольких днях пути от ближайшей суши.
На новом месте паук тотчас начинает работать: строит паутину — какая принята в традициях его «рода» — и выходит на охоту за насекомыми.
Фото И. Невелева
Технология использования паутины в медицине
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Паутина — одна из удивительных технологических находок природы.
Статья рассказывает о возможностях применения паутины для производства медицинских повязок. Автор делится своим опытом по повышению «производительности» пауков и подбору оптимальных условий их содержания.
Я вошел в следующую комнату, где стены и потолок были сплошь затянуты паутиной, за исключением узкого прохода для изобретателя. Едва я показался в дверях, как последний громко закричал, чтобы я был осторожнее и не порвал его паутины. Он стал жаловаться на роковую ошибку, которую совершал до сих пор мир, пользуясь работой шелковичных червей, тогда как у нас всегда под рукой множество насекомых, бесконечно превосходящих упомянутых червей, ибо они одарены качествами не только прядильщиков, но и ткачей. Далее изобретатель указал, что утилизация пауков совершенно избавит от расходов на окраску тканей, и я вполне убедился в этом, когда он показал нам множество красивых разноцветных мух, которыми кормил пауков и цвет которых, по его уверениям, необходимо должен передаваться изготовленной пауком пряже.
И так как у него были мухи всех цветов, то он надеялся удовлетворить вкусам каждого, как только ему удастся найти для мух подходящую пищу в виде камеди, масла и других клейких веществ и придать, таким образом, большую плотность и прочность нитям паутины.
Д. Свифт
Путешествия Гулливера. Путешествие в Лапуту (1725 год)
Медицинские повязки из паутины
В связи с тем, что донорство является дорогим, имеющим большое количество ограничений направлением медицины, ученые и врачи всего мира трудятся над разработкой альтернативных методов восстановления повреждений организма человека. В то же время широкое распространение лекарственно устойчивых форм микроорганизмов, наличие у антибиотиков и химиопрепаратов токсических, аллергенных и других побочных свойств диктуют необходимость поиска новых нетоксичных препаратов с антимикробным действием и стимулирующим влиянием на восстановительные процессы. Подобными свойствами можно наделить, например, противоожоговые повязки и бинты.
Ожоги — одно из самых распространенных в мире травматических поражений. В России каждый год регистрируется более 600 тыс. ожогов. По количеству смертельных исходов ожоги уступают только травмам, полученным в автомобильных авариях.
Автору представляется перспективным получение противоожоговых повязок и перевязочного материала из паутины. Шелк — более доступный материал, и его производство уже существует. Однако паутина из-за особой топологии молекул и структуры в целом имеет большие перспективы для медицинских повязок и матриксов в скаффолд-технологии* (scaffold-technology, от англ. scaffold — леса, подмостки) — культивировании клеток на трехмерных подложках естественного или искусственного происхождения с целью пространственного формирования выращиваемого органа или его фрагмента (рис. 1).
* — Про некоторые другие замечательные свойства паутины «Биомолекула» рассказывала ранее: «„Умный“ клей из паутины» [1].
— Ред.
Рисунок 1. Паутина Linothele megatheloides под микроскопом
По данным электронной микроскопии, матриксы из фиброина шелка и рекомбинантного спидроина (белка паутины) различаются параметрами пор. Стенки пор в матриксах из фиброина имеют более однородную структуру с чешуйчатой шероховатой поверхностью, в то время как матриксы из спидроина обладают более рыхлой конструкцией с перфорированной поверхностью. Внутренняя нанопористая структура матрикса из рекомбинантного спидроина объясняет его способность формировать более благоприятную микросреду для регенерации тканей в организме. Взаимосвязанность структур является необходимым условием для равномерного клеточного распределения и эффективного прорастания ткани in vivo, так как способствует активному газообмену, доставке питательных веществ и правильному метаболизму [2].
Об этом удивительном свойстве паутины было известно давно. В народной медицине есть такой рецепт: к ране или ссадине, чтобы остановить кровь, можно приложить паутину, аккуратно очистив ее от застрявших насекомых и мелких веточек.
Паутина обладает кровоостанавливающим действием и ускоряет заживление поврежденной кожи. Хирурги и трансплантологи могли бы использовать ее в качестве материала для наложения швов и укрепления имплантатов, а также как каркас-основу для выращивания искусственных органов. Например, если пропитать раствором стволовых клеток сетчатый каркас из паутины, они быстро приживутся на нём, к клеткам протянутся сосуды и нервы. Сама же паутина со временем бесследно рассосется. С помощью паутины можно существенно улучшить свойства множества материалов, которые в настоящее время применяются в медицине. Например, паутина имеет электростатический заряд, который помогает паукам притягивать добычу. Эту заряженность паутины можно использовать и в составе медицинских повязок. Паутина заряжена отрицательно, а поврежденный участок тела — положительно. Таким образом, при взаимодействии раны с паутиной устанавливается электробаланс, что положительно сказывается на процессе заживления. Повязки с паутиной за счет электростатического взаимодействия с раной вытягивают из нее микроорганизмы и удерживают их внутри самой повязки, не давая размножаться.
В состав паутины входят три вещества, которые способствуют ее долговечности: пирролидин, гидрофосфат калия и нитрат калия. Пирролидин сильно впитывает воду; это вещество предотвращает засыхание нитей паутины. Гидрофосфат калия делает паутину кислотной и предотвращает грибковый и бактериальный рост. Низкий рН вызывает денатурацию белков (делает их нерастворимыми). Нитрат калия сдерживает рост бактерий и грибков.
Повязка из паутины обеспечивает отток раневого экссудата и микроорганизмов от поверхности раны, угнетает патогенную микрофлору, оказывает противоотёчное и противовоспалительное действия. Пропитанная анестетиком, она еще и обезболит, создав оптимальные условия для протекания процессов заживления.
История производства паутины
Главная проблема для широкого применения продуктов, содержащих паутину — сложность ее получения в промышленных масштабах. На протяжении сотен лет в Европе люди пытались построить фермы для получения паучьего шелка. В марте 1665 года луга и заборы вблизи немецкого Мерзебурга покрылись неимоверным количеством паутины каких-то пауков, и из нее женщины окрестных селений делали себе ленты и прочие украшения.
В 1709 году Правительство Франции попросило естествоиспытателя Рене Антуана де Реомюра найти замену китайскому шелку и попытаться применить паутину для изготовления одежды. Он собрал паутину из паучьих коконов и пробовал смастерить перчатки и чулки, но через некоторое время отказался от этой затеи из-за недостатка материала даже для того, чтобы произвести одну пару перчаток. Он подсчитал: надобно обработать 522–663 паука, чтобы получить один фунт паутинного шелка. А для промышленного производства потребуются полчища пауков и тучи мух для их пропитания — больше, чем летает над всей Францией. «Однако, — писал Реомюр, — может быть, со временем удастся найти пауков, которые дают больше шелка, чем те, какие обычно встречаются в нашем государстве».
Таких пауков нашли — это были пауки рода Nephila. Недавно из их паутины соткали накидку весом более килограмма [3]. Там, где обитают эти замечательные пауки — в Бразилии и на Мадагаскаре, — местные жители используют паутину для изготовления пряжи, платков, накидок и сачков, собирая с кустов или разматывая яйцевые коконы.
Иногда нить тянут прямо из паука, которого сажают в коробочку — из нее торчит лишь кончик его брюшка с паутинными бородавками. Из бородавок и вытягивают нити паутины.
Разными методами и от разных пауков экспериментаторы получали, например, нити такой длины: 1) за два часа от 22 пауков — пять километров, 2) за несколько часов от одного паука — 450 и 675 метров, 3) за девять «размоток» одного паука в течение 27 дней — 3060 метров. Аббат Камбуэ исследовал возможности мадагаскарского паука Goleba punctata: он так усовершенствовал свое дело, что живых пауков в маленьких выдвижных ящичках «подключал» прямо к ткацкому станку особого образца. Станок тянул из пауков нити и тут же ткал из них тончайшую ткань. Пауков Goleba punctata пробовали акклиматизировать во Франции и в России, но из этого ничего не вышло. В широкое производство паутина Nephila едва ли когда-нибудь поступит: для содержания Nephila или крестовиков нужны специальные фермы, хотя летом их можно содержать на лоджии или балконе.
Для решения этой многовековой задачи необходим современный комплексный подход и создание паукам и насекомым оптимальных условий, максимально приближенных к природным.
Производство паутины сегодня
В 20 веке, с появлением химических пестицидов и синтетических тканей, о полезных насекомых и пауках забыли. Однако только лишь пестициды не решили проблему вредителей сельскохозяйственных культур. Была разработана стратегия сохранения биологического разнообразия, предусматривающая интеграцию полезных насекомых и пауков в систему сельскохозяйственных культур для природной борьбы с вредителями.
Сегодня для создания новых рабочих мест в России требуется новая стратегия по сокращению посевов монокультур и строительство мини-ферм не только для выращивания позвоночных животных, но и для выращивания пауков и насекомых.
Это можно делать и в городах. Проблема использования органических отходов городов сегодня стоит особенно остро. Эти отходы можно использовать для питания насекомых.
В городах есть лишь небольшие фермы по выращиванию сверчков, тараканов и зофобаса. Пауков разводят лишь немногие энтузиасты-киперы. В то же время подвалы и чердаки, где в основном и обитают эти животные, для утилизации органических отходов и для выращивания личинок насекомых и пауков никак не используются.
Цели новой сельскохозяйственной стратегии — экологический способ хозяйствования, увеличение биоразнообразия и получение дохода от строительства и эксплуатации небольших семейных ферм для разведения насекомых и пауков. Эти организмы, их яд и паутина могут продаваться и на экспорт.
Синтезировать паутину химическим путем невозможно — слишком сложное строение белков. От попыток синтеза паутины отказались все ведущие фирмы мира. Несколько лабораторий продолжают работу и пытаются получить паутину из дрожжей, бактерий и даже коз [4–6]. Все эти подходы требуют очень сложного оборудования и больших финансовых затрат. При этом нити у них получаются совсем другого качества, уступая «оригиналу» по прочности и антибактериальным свойствам.
Кроме того, объемы паутины, изготовленной в таких лабораториях, очень скромные: по телевизору иногда показывают ученых, демонстрирующих образцы синтетической паутины размером с ноготь в пинцете или в небольшом пузырьке.
Для сбора паутины от живых пауков тоже отказались, хотя эту идею предлагали неоднократно. Препятствий оказалось несколько. Прежде всего, мешает неуживчивость пауков и склонность к каннибализму: при совместном содержании эти животные враждуют и поедают друг друга. Кроме того, большинство пауков выделяет очень мало паутины: подсчитано, что для производства 500 граммов паутины потребуется 27 тыс. пауков среднего размера [7]; по данным Г.П. Кирсанова, пауки-крестовики за 24 часа продуцировали 230 мг паутины [8]. Четырнадцать тысяч пауков рода Nephila дают примерно 28 г паутины [9]. По другим данным, для получения 29 г паутины, требуется около 23 тыс. пауков [10]. Такая разница в цифрах говорит о том, что данные о производительности пауков требуют подтверждения.
Неизвестно, пауки какого вида и «среднего размера» вырабатывали паутину для взвешивания в том или ином случае.
Первое описанное препятствие для разведения пауков можно и нужно превратить во благо: склонность пауков к каннибализму подталкивает к созданию для них изолированных друг от друга контейнеров, тем самым предотвращая и эпидемии, и массовую смертность. При этом для изготовления медицинских материалов и лекарств из паутины нужно использовать не пауков рода Nephila или крестовиков, а пауков с самими большими паутинными придатками — Linothele megatheloides (рис. 2) и других Dipluridae.
Рисунок 2. Паук Linothele megatheloides, самка.
В результате исследования автором были получены данные, что пауки вида Linothele megatheloides за месяц продуцируют более 2 г паутины. У них имеются для этого длинные (более 20 мм) паутинные придатки (рис. 3). Эти органы имеют более тысячи микрофильер, через которые нити паутины выходят, подобно пленке.
Автор опробовал паутину для создания противоожоговых повязок (рис. 4). В результате использования этой паутины на ожоге заживление происходило в течение недели. При этом не требовалось дополнительных перевязок и удаления гноя. Через две недели не осталось даже следов ожога.
Рисунок 3. Паутинные придатки Linothele megatheloides под микроскопом.
Рисунок 4. Ожог, покрытый бинтом с паутиной Linothele megatheloides.
Посаженные в специальный контейнер Linothele megatheloides уже через час начинают свою работу и слой за слоем покрывают паутиной текстильную подложку контейнера площадью 1 м2. Через два месяца паутины от одного паука хватит для покрытия всей поверхности человеческого тела. Такой инновационный медицинский материал с паутиной, возможно, может спасти жизнь человека с ожогами более 60% всей поверхности тела.
В результате своих наблюдений автор установил, что благодаря специальным добавкам к питанию приплод и выживаемость потомства Linothele megatheloides составляют 100%.
Это в среднем 50 молодых особей — потенциальных производителей «второй кожи» — за полгода. На кормление одной самки уходит 2–3 таракана в неделю. Условия содержания пауков — это отсутствие солнечного света, высокая влажность (80–90%), температура 28 °C, комплексное питание и капельное опрыскивание паутины раз в неделю. При создании благоприятных условий кормления, содержания, ухода и «доения» пауков можно добиться увеличения паутинопрядения в 2–3 раза.
Изготовление повязок и бинтов из паутины
Linothele megatheloidesТрикотажная сетчатая основа (например, марля с влажностью более 80 %) укладывается на дно полиэтиленового контейнера. Контейнер имеет перфорацию для вентиляции, датчики влажности и температуры, подъемную крышку, капиллярную форсунку и клапан для подачи живого корма. Контейнеры располагаются вертикально, образуя блок высотой 1,5-2 метра (рис. 5).
Рисунок 5. Жилище Linothele megatheloides. а — Паук в контейнере с трикотажной основой.
б — Схема контейнера. в — Блок контейнеров.
Рисунок 6. Бинт с паутиной Linothele megatheloides (а) и стерильная упаковка для него (б).
Раз в месяц контейнер открывают, паука отсаживают в другой небольшой полиэтиленовый контейнер, удаляют остатки корма, текстильную подложку с паутиной опрыскивают раствором гиалуроновой и пантотеновой кислот, анестетика и антисептика, накрывают полиэтиленовой стрейч-пленкой и скручивают. Дальше рулон вместе с паутиной разрезают на 10 частей и помещают в герметичную упаковку (рис. 6). Упакованные рулоны отправляют на радиационную стерилизацию. Паука выпускают обратно в большой контейнер.
Накладывается такая повязка путем размотки и снятия полиэтиленовой прослойки, паутиной на рану или ожог. Когда паутина и текстильная основа пропитаются лимфой, основа снимается, и на ране остается только заживляющий и дышащий слой паутины.
После того, как человек вылечит свою рану пластырем с паутиной, он уже больше никогда не будет убивать этих замечательных животных.
Повышение выработки паутины
Рисунок 7. Дизайн фермы по выращиванию пауков Linothele megatheloides.
Чтобы увеличить выработку паутины и исключить болезни живого корма (тараканов и сверчков), насекомые получают добавку к питанию в виде питательной среды — дополнительного источника белка и витаминов, содержащего мицелиальную биомассу отходов пенициллиновых и стрептомициновых производств, а также обездрожженную барду — из отходов производства пивных дрожжей. Питательная среда хранится до двух лет при температуре +5 °С. Для питания насекомых мелко нарезанную морковь и капусту вываливают в измельченной питательной среде. На таком корме тараканы и сверчки не болеют, быстро растут и размножаются. Пауки при этом увеличивают выработку паутины на 60%. Применение мицелиального питания позволяет стимулировать размножение пауков и получать паутину в максимально возможных количествах. Работы по поиску пищевых добавок для увеличения разнообразия питания пауков будут продолжены. Для создания фермы по сбору паутины предлагается дизайн-проект в виде круглого шатра диаметром 12 м с покрытием, работающим на растяжение, аналогично работе паутины (рис. 7).
С развитием этого экологичного способа создания медицинских повязок и бинтов возможны эксперименты по выведению более продуктивных гибридов пауков семейства Dipluridae. Внутривидовая гибридизация, селекция и специальное питание в комфортных условиях не исключают генетических экспериментов по увеличению размеров пауков. Пока этим никто не занимается, а в обществе индивидуальных разводчиков пауков эта тема — табу.
Производить молоко с помощью грибов и бактерий возможно — только зачем, когда есть коровы? Паутина по структуре гораздо сложнее белковой структуры молока. Поэтому все поиски синтетических аналогов паутины могут затянуться на время эволюции пауков. Новые виды, полученные путем генетической модификации, и селекционная работа с семейством Dipluridae позволят увеличить размер пауков и их паутинную продуктивность для производства одежды.
Паутину можно обрабатывать силиконом и получать ткань для верхней одежды с уникальными свойствами. Такая ткань будет стоить не дороже шелка.
Заключение
Описанная исследовательская работа создает основу нового вида животноводства. На этой основе возможно масштабировать производство паутины по низкой цене, а значит, коммерциализировать его. Потребность рынка в биорезорбируемых раневых покрытиях составляет 400 тыс. дм2/год. Прогнозируемая ёмкость рынка в данном сегменте $150 млн [11].
Масштабировать проект можно как увеличением производства, так и созданием мини-ферм по производству паутины. Никакого сложного оборудования, высоких температур, высокого давления и токсичных материалов для такого варианта технологии не требуется. В настоящее время, например, пчеловодством занимаются около 5 тыс. хозяйств и 300 тыс. пчеловодов-любителей, фермеров и индивидуальных предпринимателей. Мёд могут употреблять не все, а медицинские повязки или пластыри с паутиной пригодятся всем.
Пока технология будет развиваться и сертифицироваться, можно предложить всем желающим самим выращивать пауков и собирать паутину. Для стерилизации можно использовать ультрафиолетовую лампу. Чтобы обеспечить себя двумя квадратными метрами паутины, потребуются один контейнер с самкой
Рисунок 8. Мини-ферма по выращиванию Linothele megatheloides, сбору их паутины и изготовлению одежды на садовом участке.
Из старых оболочек, сброшенных пауком во время линьки, можно изготавливать сувениры и украшения, заливая их полимерной смолой. Из голов умерших пауков можно извлекать яд для производства лечебных препаратов* [12].
Пострадавшие и больные получат новое лекарство — натуральную «кожу», — и каждый желающий сможет создать такое мини-производство.
Патентов и сертификатов на тему исследования автор получать не собирается, так как хочет, чтобы эти знания были доступны всем.
* — И этих препаратов (в частности, анальгетиков) может быть великое множество — несмотря на единственное число слова «яд»: в яде одного паука могут содержаться сотни токсичных компонентов абсолютно разной химической природы. О библиотеках паучьих токсинов рассказывает статья «
- «Умный» клей из паутины;
- Агапова О.И., Ефимов А.Е., Мойсенович М.М., Богуш В.Г., Агапов И.И. (2015). Сравнительный анализ трехмерной наноструктуры пористых биодеградируемых матриксов из рекомбинантного спидроина и фиброина шелка для регенеративной медицины. Вестник трансплантологии и искусственных органов. XVII, 37–44;
- Golden Spider Silk.
Сайт Victoria and Albert Museum, 2012; - Якуб Е. (2001). Побеждающие афину. Наука и жизнь. № 2;
- Котляр П. (2015). Стартап сплетает паутину. Сайт «Газета.ру»;
- Археи «хамят» и помогают;
- Нашествие пауков в Австралии. Сайт «День Х», 2013;
- Кирсанов Г.П. (1974). Питательная среда для выкармливания пауков. Сайт FindPatent.ru;
- Рудый Ю. (2009). Мадагаскарцы создали самое большое полотно из паучьего шелка. Сайт «Мембрана»;
- Накидка, сделанная из паучьего шелка, будет представлена на выставке в Европе. Сайт GlobalScience.ru, 2012;
- Технологическая платформа «Медицина будущего». Сайт Евразийской экономической комиссии, 2012;
- Аксенова Л. (2013). Забыть о боли помогут пауки. Сайт «Газета. ру»;
- Великому комбинатору и не снилось: комбинаторика токсинов пауков.
Сайт Victoria and Albert Museum, 2012;
ру»;Паутина и преимущества использования шелка паука
Вы когда-нибудь проходили по лесной тропинке или участку в своем саду и попадали прямо в паутину? Удаление липкой паутины с лица и других частей тела занимает некоторое время. Итак, как пауки могут с такой легкостью ориентироваться в своих сетях, когда они строят сети и ловят добычу?
Разные виды пауков строят разные типы паутины. Даже у одного вида пауков разные части паутины (например, внешние области по сравнению с центром) могут иметь разные свойства (липкие или нелипкие). Ноги пауков содержат похожие на волосы выступы (называемые щетинками) и коготки предплюсны (на кончике каждой ноги), которые помогают им ориентироваться в паутине.
В паутине пауков-кругопрядов есть спиралевидные части по краям, которые являются липкими (для ловли добычи), но другие части (например, центр) не являются липкими.
Также могут быть области, где расположены липкие пятна (ловушки захвата), и пауки могут ходить по этим областям, если это необходимо. У ткачей-кругопрядов гигроскопичные соли (помогают при изменениях, вызванных влажностью) взаимодействуют с клейкими гликопротеинами, делая шелк паука липким.
В отличие от ткачей-кругопрядов, пауки, строящие паутину (например, пауки-вдовы), используют в своих сетях другой тип биологического клея. Вместо того, чтобы строить паутину со спиралями, они используют «камедевидные нити», в которых отсутствует сердцевина из гликопротеинов (хотя в материале паутины все еще есть нерастворимые гликопротеины) и которые не сильно меняются в зависимости от влажности.
В зависимости от вида пауки-воронки строят неклейкую или липкую паутину. В нелипкой паутине структура паутины опутывает лапки насекомого-жертвы, давая пауку возможность выскочить, ввести яд в жертву и затянуть добычу обратно в воронку.
КАК ШЕЛК ИСПОЛЬЗУЕТСЯ СЕГОДНЯ?
Шелк шелкопряда (насекомого) (не путать с шелком паука [паукообразный]) использовался в текстильной промышленности, а также для изготовления швов, используемых в хирургии.
Эти шелка взяты из коконов гусениц, и этот шелк насекомых содержит белки серицина (отсутствующие в шелке пауков).
Шелк пауков (паукообразных) намного прочнее шелка насекомых. Растворимые протеины шелка обрабатываются специальными прядильными органами паука, в результате чего образуется паутина, похожая на волокно. Шелк паука обладает высокой устойчивостью и может поглощать в три раза больше энергии, чем синтетическое волокно, такое как кевлар (материал, используемый в пуленепробиваемых жилетах). В древние времена шелк также использовался для остановки кровотечения из ран, а также в качестве средства доставки «антисептических» средств, таких как уксус. Сегодня исследователи разработали синтетические бинты на основе паучьего шелка, обладающие антибиотическими свойствами (Harvey et al. 2017).
Белки шелка паука (например, кругового ткача) разрабатываются для использования во многих областях, включая инженерию костной ткани (Melke et al. 2016) и регенерацию нервов. Белки шелка желательны для этих целей из-за сниженного иммунного ответа и их биоразлагаемых свойств.
Физические свойства шелка паука делают его полезным для создания каркаса структур, которые могут использоваться в медицинских целях.
Ученые открыли способ получения белков паучьего шелка. К настоящему времени с помощью методов прядения удалось получить паутинный шелк примерно в десять раз толще натурального паучьего шелка. Ученые также экспериментируют с созданием пленок (а не нитей) из паучьего шелка для использования в некоторых областях. Следующим шагом для некоторых исследователей является использование волокон шелка паука в качестве основы для изготовления медицинских устройств с помощью трехмерных принтеров.
Мы по-прежнему рассматриваем природу как образец предметов, которые могут иметь практическое применение для людей. Важно, чтобы мы основывались на современных знаниях о природных процессах, чтобы создавать новые материалы и улучшать существующие ресурсы.
Ссылки
Харви Д., Барделанг П., Гудакр С., Кокейн А., Томас Н.Р. (2017) Антибиотик шелка паука: специфичная для сайта функционализация рекомбинантного шелка паука с использованием химии «щелчка».
Дополнительные материалы 29: 1604245.
Мелке Дж., Мидха С., Гош С., Ито К., Хофманн С. (2016)Шелковый фиброин как биоматериал для инженерии костной ткани. Acta Biomaterialia 31: 1-16.
5 Невероятные способы использования паучьего шелка
Хотя все пауки производят шелк, не все пауки плетут паутину. На самом деле из более чем 40 000 существующих видов пауков только половина плетет сети. Несмотря на то, что ощущение прохождения через паутину может вызвать у вас ахинею, паутины — это природные чудеса конструкции и прочности, со многими интересными аспектами. Вот пять интересных способов, которыми пауки и люди могут использовать паучий шелк.
1. Ловля добычи
(Фото: Кэти Кейфер/Shutterstock)
Хотя на самом деле существует четыре типа паутины — воронкообразная, запутанная, сферическая и листовая, — паутина-сфера является наиболее распространенной. Они имеют каркас и узор в виде спиц. Ткачихи сфер обычно ежедневно переплетают свои паутины и могут помнить места, которые они использовали раньше.
Эти высокоэффективные сети могут ловить до 250 насекомых в день. Листовые паутины плашмя лежали на траве и ветках — как простыня. Пауки либо прячутся под краем, либо между двумя слоями паутины. Когда появляется добыча, они прокусывают ее через шелк и затягивают внутрь.
2. Здание
(Фото: Бонни Тейлор Барри/Shutterstock)
Когда вы думаете о пауках, вы обычно думаете об их паутине. Прядение паутины — это основное использование шелка для пауков, строящих паутину. Пауки обычно плетут свои сети ночью. У них есть органы, называемые фильерами, с патрубками на конце. Из каждого патрубка выходит одна шелковая нить, соединенная с шелковой железой. Задние лапы паука выпустили шелковые нити. Оттуда зависит от типа паука, чтобы определить, что связано с остальной частью их процесса плетения паутины. Для некоторых пауков-кругопрядов их паутина является источником белка. Когда они ночью сбрасывают свою паутину, они ее поедают. Белок возвращается в шелковые железы, и пауки используют его для создания новой сети.
Помимо использования паутины для ловли добычи, пауки используют ее для создания безопасного места для своих яиц.
3. Лечебные свойства
(Фото: Кэти Пак/Shutterstock)
Паутина богата коагулянтом витамином К, который помогает остановить кровотечение. Древние греки и римляне использовали паутину для лечения кровоточащих ран солдат. Считается, что они сначала промывали раны медом и уксусом, а затем покрывали их свернутой паутиной. В Индии нет ничего необычного в том, чтобы использовать паутину для исцеления. Исследователи в Индии создали мазь от паутины, которая способствовала выздоровлению крыс. Медицинское использование паутины вдохновило английских ученых на создание синтетического паучьего шелка с антибиотиками, который потенциально мог бы использоваться в повязках для лечения диабетических ран. Исследователи также изучают, как шелк паука может помочь в лечении ожогов.
4. Транспорт
(Источник: thatmacroguy/shutterstock)
Пауки различаются по размеру: от почти незаметных до больших, чем человеческая рука.
Эксперты считают, что самым маленьким является пату дигуа, который может быть размером с булавочную головку. На противоположном конце спектра находится гигантский паук-охотник, который может достигать 12-дюймового размаха ног. Как тела пауков различаются по размеру, так и их сети. Исследователи обнаружили паутину длиной до 82 футов, созданную пауком Дарвиновой коры, о существовании которого известно только на Мадагаскаре. И наоборот, самые маленькие паутины принадлежат членам семейства Symphytognathidae и достигают размера всего четверть дюйма. Хотя пауки могут строить большие сети, чтобы ловить добычу и откладывать яйца, они также используют свои паутины в качестве средства передвижения. Пауки выпускают в воздух нить из шелка и позволяют воздушным потокам переносить их на новое место.
5. Сила
(Источник: juan sebastian Chong/Shutterstock)
Существует семь типов паучьего шелка, каждый из которых вырабатывается отдельной железой. Хотя у большинства пауков нет всех семи, многие пауки производят несколько типов шелка.