Как делает паук паутину: Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?

Клуб почемучек: Как паук плетет паутину?

Здравствуйте, дорогие читатели! Приветствую вас в пятничном выпуске  “Клуба почемучек“!

Сегодня я отвечаю  на вопрос мамы Алёны: “Как паук плетет паутину между деревьями?”

На Земле существует более 20 тысяч видов пауков! Есть среди них совершенно безобидные, а есть ядовитые (например, живущий у нас в Крыму каракурт). Есть совсем крошечки (пауки вида Patu digua) – с размером брюшка 0,37 мм, а есть огромные (пауки-птицеяды) с размером брюшка 9 см, а если с ногами, то и все 20-25 см. Есть неброские: черные или коричневые (например, часто живущие в наших домах сенокосцы или пауки-волки), а есть ярко окрашенные – с разноцветными полосками (как у Аргиопы Брюнниха) или какими-нибудь узорами (например, у пауков-крестовиков пятнышки на спинке образуют крест). Большинство видов сухопутные, но есть и живущие под водой (водяной паук). Но всех их объединяет то, что все они без исключения плетут паутину.

У любого паука снизу на брюшке есть так называемые паутинные бородавки, из которых выделяется паутинная жидкость. Жидкость быстро застывает на воздухе, превращаясь в прочные нити. Думаю, ваш ребенок когда-нибудь видел, как клеят термоклеем (или другим быстро застывающим клеем): как тянется за тюбиком и тут же застывает на воздухе тонкая ниточка. (Если есть такая возможность – дайте малышу такой клей, пусть он сам попробует сделать “паутинку”). Вот точно так же делает паутину паук.
Почему она липнет, мы разбирали в отдельном выпуске “Клуба почемучек”: “Почему паутина липкая?“.
Но паутина не только липкая, она еще и очень прочная. Ребенку в это трудно поверить – он по опыту знает, как легко порвать паутинку. Но попросите его представить, что если бы мы могли получить паутину такой же толщиной, как проволока, то она бы в два-три раза крепче проволоки!

Задание 1. Что было бы, если… (элементы ТРИЗ)

Пофантазируйте, что бы было, если бы пауки умели прясть такую толстую паутину? Опасная или полезная она была бы для людей? А как бы люди ее могли использовать?

Внешнее строение паука

Если вы спросите малыша, зачем пауку нужна паутина, он скорее всего ответит, что паук использует ее для ловли насекомых.

Это самое известное назначение паутины. Но знает ли малыш, что паутина нужна паукам еще для очень многих дел? Например, есть виды пауков (т.н. бродячие пауки), которые охотятся на добычу не сплетая сеть, а догоняя насекомое и набрасываясь на него. А уж потом обматывают ее паутиной, чтобы притащить к себе в логовище. Для них паутина – как веревки для связывания. Многие виды пауков устилают паутиной стены и пол своего жилища – для них паутина служит в качестве мягкого ковра. Водяной паук плетет паутину под водой, чтобы она удерживала пузырьки воздуха, которые он собирает под нее, создавая себе запас для дыхания. Паутина для него одновременно и кладовочка и сеть для своеобразного воздушного шара. Самки пауков плетут из паутины коконы и откладывают в них яйца, из которых потом вылупляются паучата. Для них паутина это колыбелька. А для многих паучат паутина – это парашютик. Замечал ли малыш, что в начале осени, в так называемое “бабье лето”, по воздуху летает много серебристых паутинок? Если приглядеться, то он может увидеть, что за кончик каждой держится крохотный паучок. Это только что вылупившиеся паучата расселяются из своего гнезда. Ведь за один раз их появляется на свет у разных видов от десятка до сотни, поэтому им тесно жить всем вместе. Вот паучата и используют паутинку как парашют, чтобы ветер отнес их в дальние края.

Но, конечно же, при слове “паутина” нам в первую очередь представляется красивая круговая сеть, растянутая между деревьями или в заброшенном углу дома. Такие сети в основном плетут разные виды пауков-крестовиков.

Паук-крестовик на паутине. Фото из Википедии

Как же они плетут паутину так, что их нити протягиваются между опорами? Иногда даже на значительное расстояние. Вы замечали, что в лесу паутина, бывает, натянута поперек тропинки, крепясь за деревья на противоположных ее сторонах? Делают они это следующим образом. Паук выпускает длинную нить. При благоприятном стечении обстоятельств, воздушный поток подхватывает эту паутинку, и она зацепляется за ветки близлежащего дерева (1-2).

А дальше все просто и волшебно: перебравшись на середину этой вспомогательной нити, паук сплетает еще одну свободно висящую нить, потом перебирается на ее середину и, свисая вертикально вниз, прядет еще одну паутинку, пока не достигнет какой-нибудь опоры (3). Так получается основа под каркас в виде буквы Y. (Знает ли малыш эту букву английского алфавита? Слово “yellow” – “желтый” начинается с нее. На какую русскую букву она похожа? Сможет ли он на прогулке найти палочку в виде буквы “Y”?).
Дальше начинается колдовство: паук соединяет точку пересечения паутинки еще несколькими радиусами (4). И на них он плетет вспомогательную спираль, двигаясь из центра (5). 

Пока все нити, которые он сплел, сделаны из нелипкой паутины. Кстати, в этом и секрет того, что сами пауки никогда не прилипают на свою сеть – они бегают только по этим нитям, лежащим в основе паутины. А, дойдя до края, он начинает плести вторую спираль (от края к середине) уже с использованием липкой паутины (6).

Как паук плетет паутину

Видите, как сложно? Но это еще не самое удивительное. Удивительно то, что паутина пауков-крестовиков всегда имеет одну и ту же геометрическую структуру. Первая спираль имеет мало витков и расстояние между ними с каждым кругом увеличивается. В результате у него получается кривая линия. которая называется логарифмическая спираль. (Чтобы малыш понял это название, достаточно сказать ему, что логарифм – это такое слово из математики. Бывает “сложение”, бывает “вычитание”, а бывает “логарифм”. Он его будет учить в школе). А вот витки второй, липкой, спирали расположены между собой всегда на одном и том же расстоянии. Эта спираль называется

архимедова, в честь великого древнегреческого ученого Архимеда. Вот какой, оказывается, паук хороший математик!

Задание 2. Определяем вид спиралей.

Попросите малыша среди других кривых на рисунке найти все спирали. Какие из них логорифмические, а какие архимедовы?

Задание 3. Готовим руку к письму.

А теперь предложите малышу самому сплести паутинку. Для этого надо сохранить к себе на компьютер и распечатать предложенные ниже рисунки-прописи (только предварительно откройте их в новом окне, щелкнув по рисунку правой кнопкой мыши и выбрав в меню “Открыть в новой вкладке” – тогда картинки откроются в полном размере).

Но ловчьи сети пауков бывают и другого вида.
Например, пауки рода Argiope украшают свои сети зигзагообразными узорами, вплетенными в основные нити паутины. Эти узоры особенно хорошо видны в ультрафиолетовом свете, что привлекает насекомых, так как обычно ультрафиолетовым им видятся всякие сладкие фрукты и т.д.

Паутина  Argiope. Фото из Википедии

Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут

маленькую сеточку между своих ног и набрасывают ее на пробегающее под ними насекомое.

Паук Dinopidae spinosa Фото с сайта lifecity. com.ua

Некоторые виды пауков пристраивают к круглой паутине еще и длинную лестницу.

Фото с сайта lifecity.com.ua

Воронковые пауки плетут сетчатую  корзину-воронку и прячутся в засаде на ее дне.

Паук в ловушке-воронке. Фото с сайта macroid.ru

Пауки Mastophora плетут только несколько нитей и охотятся, сидя на них. Они размахивают одной из нитей с липкой капелькой на конце и из засады набрасывают ее как аркан на свою жертву.
Норковые пауки прячутся в своей норке, предварительно растянув около нее сигнальные нити. Они набрасываются на добычу, как только та заденет одну из таких нитей.

А есть пауки, которые плетут огромную беспорядочную паутину. Самые примечательные из них пауки вида Uloborus republicanus («общественные») – они совместными усилиями плетут общую сеть, которая достигает иногда гигантских масштабов.

Ну а самая большая паутина в мире была обнаружена в 2007 году в национальном парке озера Тавакони (США, штат Техас). Размер ее 180 метров! Сделали ее пауки нескольких разных видов, которые обычно не сотрудничают, а даже враждуют друг с другом.

Гигантская паутина в Техасе. Фото с сайта blogga.ru

Задание 4. Играем!

А ваш малыш хочет построить гигантскую паутину? Дайте ему катушку ниток и предложите натягивать их между всеми предметами в комнате (только позаботьтесь о том, чтобы он не прикреплял нити к предметам, которые могут упасть). А потом, когда ловчая сеть будет готова, поиграйте с ним в паучка и муху, устроив догонялки с препятствиями среди этих нитей.

Игра в паутину

Задание 5. Спирограф.

Весело было? Чтобы успокоиться и немного отдышаться, предложите малышу нарисовать свои красочные узоры для паутины. Можно рисовать их просто из головы. А можно применить для этого специальную линейку – спирограф. С его помощью получаются очень интересные картинки. Но для того, чтобы их сделать, малышу понадобится терпение и умелые пальчики. Круг за кругом, как паук плетет паутину, надо плести узоры, вращая зубчатые колесики спирографа.

Узоры на спирографе

Задание 6. Азы английского языка.

А напоследок можете вместе с малышом выучить смешное английское стихотворение про паучка (страничка взята из моей книжки, которую я делала в подарок  хорошей девочке Миле): 

Надеюсь, Алёне понравится мой ответ 🙂
А на следующей неделе вас ждет рассказ о том, как стоят мосты. Этот вопрос мне прислала мама Юля и ее дочь Рита (7 лет).

Чтобы я ответила и на ваши вопросы, вступайте в Клуб (для этого надо всего лишь поставить его баннер на боковую панель блога, а если такого нет – то дать ссылку в любых соц. сетях) и присылайте их мне на почту tavika2000 @ yandex.ua (убрать пробелы) с пометкой “Клуб почемучек”.  Среди всех присланных вопросов, независимо от того, опубликовала я на них ответ или нет, я разыгрываю призы.
Следующий розыгрыш состоится в первый день рождения “Клуба почемучек”, который он отмечает 26 октября. Не пропустите!   Призом будет один из возрастных блоков моего платного проекта “Нескучная наука“.
А также я приглашаю спонсоров к сотрудничеству с моим Клубом!!! 

Архив прошлых выпусков “Клуба почемучек” можно посмотреть ЗДЕСЬ.

Материалы по теме:

• Отряд Пауки. Биологическая энциклопедия. (http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/246/Отряд)
• Древнейшая на Земле паутина поможет в создании новых биоматериалов (http://www. membrana.ru/particle/10164)
• Водяные пауки плетут себе акваланги (http://www.membrana.ru/particle/11878)
• Пчелки-плотники, пауки-писатели и маракуйя . Александра Бутова (http://toptropicals.com/html/zoo/pets/spider_bees.htm)
• Какие виды паутины существуют? (http://lifecity.com.ua/?l=knowledge&mod=view&id=6)
• Как пауки плетут паутину (http://dzh-natali.narod.ru/biologiya/pauki.html)
• Как паук плетет паутину, состав паутины паука. Что? Как? Сколько? (http://www.chto-kak-skolko.ru/index.php/zhivotnye-i-rasteniya/nasekomye-i-prochie/iz-chego-pauki-delayut-pautinu-prochnost-pautiny)
• Самая большая паутина в мире (http://blogga.ru/2007/09/14/mega-pautina/)

алгоритм строительства паучьих сетей / Хабр

К паукам можно относиться как угодно: их можно бояться, недолюбливать или держать в качестве питомцев. Но любой, от арахнофоба до арахнолога, согласится с тем, что они мастера по строительству своих сетей. Научное сообщество уже очень давно и с большим интересом наблюдает за членистоногими прядильщиками, но полностью раскрыть все их секреты пока еще не удалось. И вот ученые из университета Джонса Хопкинса (США) решили детально рассмотреть и описать процесс строительства паутины, используя при этом искусственный интеллект и приборы ночного видения. Выяснилось, что разные виды пауков подчиняются общим правилам в ходе создания своих сетей. Следовательно, наблюдение за движениями лапок может предсказать, что именно будет строить паук. На какие стадии можно разделить строительство паутины, как пауки ведут себя во время каждой из них, и как эти данные могут помочь в понимании нас самих? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Пауки — это удивительные создания, какими бы страшными они не казались для некоторых людей. Терпеливые и коварные охотники, талантливые строители — все эти по большей степени нелестные эпитеты тем или иным образом отображает поведение пауков: метод добычи пищи, наличие паутины и/или яда и т.д.

Картина «Минерва и Арахна» (Рене-Антуан Уасс, 1706 год).

Если вспоминать древнегреческую мифологию, то самым ярким появлением пауков в культурной среде человека является история об Арахне. Она была невероятно талантливой ткачихой, решившая, что сможет превзойти Афину. И ее уверенность в себе была не безосновательна, ибо ей удалось победить в ткацком состязании богиню. Однако Афина, которая хоть и была богиней мудрости, но уж точно не терпения или умения проигрывать, впала в ярость, разорвала работу Арахны и ударила ее. Для Арахны это было невероятным унижением, и она повесилась. История не очень позитивная, но дальше больше. Афина, решив, что смерть это недостаточное наказание, воскресила Арахну, превратила ее в паука и обрекла вечно прясть.

Для нас этот мир говорит о двух вещах. Во-первых, древнегреческие боги далеки от идеала. Во-вторых, пауки присутствовали в культуре человека многие тысячи лет и занимали там далеко не самое последнее место. Подобное про пауков можно сказать и в аспекте других культур и религий.

Реальный облик цутигумо.

Цутигумо (土蜘蛛) — паукоподобные ёкай (сверхъестественные существа) в японском фольклоре. В одной из легенд героя по имени Минамото-но Райко заманивает в дом и помещает в иллюзию цутигумо в облике мальчика. Но герой разрушает иллюзию, ударив мальчика мечом. Очнувшись от дурмана, он обнаруживает, что опутан паутиной, а мальчик на самом деле это огромный паук.

Возможен спойлер к сериалу «Love, Death & Robots»:

Реальный облик Греты.

Вполне вероятно, что персонаж Грета из сериала «Love, Death & Robots» (серия №7 «Beyond the Aquila Rift») основан именно на цутигумо (как по мне, аналогия на лицо).

От культуры перейдем к науке. Факт того, что паучий шелк обладает невероятной прочностью и эластичностью, известен уже давно. Существует масса исследований, в которых описываются методы искусственного воссоздания паучьего шелка с последующим его применением в самых разных областях, от медицины до космонавтики.

Но в рассматриваемом нами сегодня труде ученые уделили внимание не столько самой паутине и ее составу, сколько тому, как именно пауки создают из нее свои сети.

Ученые отмечают, что внутренние состояния, такие как сытость, сексуальное возбуждение или агрессия, сильно влияют на поведение любого животного. Однако проблема для многих поведенческих парадигм состоит в том, что эти состояния должны выводиться косвенно, часто на основе стохастического переключения состояний поведения. Другими словами, крайне часто у этих поведенческих аспектов и переходов между ними нет физической репрезентации, которую можно было бы оценить. К примеру, чувство голода. Обычно, голодное животное больше двигается, т.е ищет пропитания, а сытое — остается на месте (отдыхает). Но сытые животные тоже могут бродить по лесу (джунглям, саваннам и т.д.), а голодные лежать и бездельничать. Другими словами, такой метод (т.е. эмпирический) поведенческого распределения крайне непоказателен. Чего не скажешь о пауках.

Преимущество количественной оценки поведения пауков-кругопрядов (которые делают спиральные сети в форме колеса) состоит в том, что построение сети разделяется на поведенческие фазы, которые легко определяются траекторией паука и геометрией паутины.

Любопытно и то, что многие виды пауков из семейства Araneidae и Uloboridae разделяют одну и ту же последовательность этапов построения паутины, которые являются результатом многих общих форм поведения, таких как ходьба и экструзия шелка. Хоть некоторые из этих поведений и проявляются на всех этапах создания сети, то, как эти поведения координируются, различается на разных его этапах.

В принципе, различные фазы построения сети должны быть предсказуемы на основе этих различных поведенческих стратегий, независимо от траектории центроида паука. Несмотря на то, что последовательность этапов создания паутины довольно однотипна, часто наблюдались так называемые атипичные паутины. Такие атипичные сети и процесс их создания называют «сенильными» (хлипкими, если проще). В их случае изменяются особенности и регулярность геометрии сети, а также бывают случаи прерывистых и повторяющихся этапов построения, которые необязательно приводят к изменению конечного состояния паутины. Однако, изменения в поведении, которые приводят к таким атипичным сетям, фактически не изучены.

В данном труде ученые демонтируют аналитическую основу для определения поведения в ходе строительства сетей, за счет чего удалось выявить однотипные (характерные) последовательности действий, которые характеризуют построение паутины.

Результаты исследования

Большинство пауков-кругопрядов в основном активны весной и летом, но другие виды, такие как Uloborus diversus, активны в течение всего года. Из-за этой продолжительной активности, а также из-за других особенностей, таких как их небольшой размер и толерантность к сородичам, было решено использовать для исследований именно их (1А).

Изображение №1

Данный вид может строить паутину внутри самой разной геометрии, но предпочитает создавать горизонтальные сети, делая это в ночное время суток. Эти особенности были учтены при создании камеры для наблюдений (1B—1D).

Поведение паука регистрировалось с частотой кадров 50 Гц в течение 24 часов, тем самым охватывая все этапы строительства сети. Одно лишь визуальное наблюдение показало наличие общей траектории, которую используют большинство пауков-кругопрядов (1E—1H).

Как и в случае с большинством пауков-кругопрядов, типичное развитие плетения сети у U. diversus начинается с прото-паутина, за которой следует построение радиусов и каркаса (внешней оправы), затем вспомогательная спираль, за которой следует спираль захвата. У U. diversus, как и у некоторых других его сородичей, имеется дополнительная особенность их паутины — «stabilimentum» (украшение, декорация), необходимая для маскировки паука или привлечения внимания добычи (1E и 1F).

Видео №1: траектории движения в паутине (соответствует 1E и 1F).

U. diversus тратит значительное количество времени на изучение арены и сначала строит неорганизованную сеть, называемую «прото-паутиной» (оранжевые линии на 1E и 1F). Эти сети не имеют очевидной регулярности, в большинстве случаев не являются частью окончательной структуры и построены с длинными нерегулярными паузами продолжительностью до 8 часов (1H—1K).

Предположительно, этот этап строительства связан с исследованием окружающей среды, когда паук оценивает структурную целостность своего окружения и определяет точки привязки для окончательной паутины. Этот этап часто заканчивался длительной паузой, которая могла длиться от нескольких минут до нескольких часов (1J).

Затем паук удалял большую часть прото-паутины, оставляя часть, необходимую для создания радиусов и каркаса (1L). Эта ранняя фаза построения радиусов часто включала перемещение паука наружу по радиусной линии и возвращение по вновь закрепленной (зеленые линии на 1M). Это характерно для построения новых радиусов по следующей тактике: закрепление шелка на ступице (хаб, точка соединения нескольких линий), движение наружу по предыдущему радиусу, затем закрепление нового шелка на каркасе на угловом расстоянии от предыдущей линии и возврат к ступице вдоль этой новой линии. Строительство каркаса часто является результатом такой последовательности: закрепление шелка на периферии перед возвращением, затем движение наружу по предшествующему радиусу, закрепление шелка каркаса в конце линии, а затем возврат к ступице (оранжевые линии на 1M). Эта ранняя фаза построения радиусов может быть определена путем расчета угла выхода и возврата из ступицы (1M), а также постепенного изменения углового положения паука (желтый контур на 1F).

На ранних стадиях строительства радиусов наблюдалась тенденция к чередованию траекторий выхода-возврата вдоль одной и той же линии с траекториями выхода-возврата, которые охватывали большой угол (1L и 1M).

Как только радиусы и каркас были готовы, паук ненадолго остановился, а затем разворачивался по спирали наружу от ступицы, чтобы создать вспомогательную спираль (синие линии на 1E и 1F). Этот этап длился всего несколько минут с несколькими паузами (1H — 1J). Этот этап необходим для стабилизации паутины для последующего строительства спирали захвата. Вспомогательная спираль носит временный характер, потому паук снимал ее по мере того, как продвигался внутрь от периферии, чтобы создать спираль захвата (розовые линии на 1E и 1F). В некоторых случаях после завершения спирали захвата паук добавлял «stabilimentum» (синие линии на 1E и 1F), после чего возвращался в центр готовой паутины, где мог неподвижно сидеть в течение нескольких дней в ожидании добычи.

Положения центурионов позволяют идентифицировать переходы между большинством этапов, но переход между прото-паутиной и радиусами кажется более постепенным и менее четким. Это не похоже на ограничение слежения за центроидом, а скорее отражает внутренне недискретную границу между этими этапами. На начальном этапе создания прото-паутины почти весь уложенный шелк в конечном итоге удаляется. Однако по мере продвижения этого этапа радиусы, которые будут частью окончательной структуры, создаются или изменяются, пока паук все еще удаляет прото-паутину. На этой ранней стадии построения радиусов паук часто пересекает радиусы несколько раз, регулируя полотно. Только когда прото-паутина была полностью удалена и каркас собран, паук сосредотачивался исключительно на конструкции радиусов и переходил к очень регулярной сборке дополнительных радиусов (1L).

Изображение №2

Большинство пауков-кругопрядов следуют вышеописанной последовательности при создании своих сетей. Однако далеко не всегда все идет по однотипному сценарию — некоторые этапы меняются местами или вовсе пропускаются (2A).

Видео №2: траектории движения в паутине (соответствует 2A).

Любое отклонение от вышеописанной тактики строительства, по мнению ученых, следует именовать «атипичным». Из 21 сети, созданной пауками в ходе наблюдений, 11 можно было отнести именно к атипичным: этап создания спирали захвата дважды прерывался этапом радиального исследования, а в 9 случаях за созданием спирали захвата или размещением украшения следовал этап конструирования дополнительных радиусов.

Любопытно то, что дополнительный этап создания радиусов не был вызван нехваткой оных, так как плотность радиусов в начале этих атипичных стадий не отличалась от таковой в случае классической последовательности создания сети (2B). Другими словами, дополнительные радиусы были действительно дополнительными, а не попыткой перекрыть недостачу, возникшую на предыдущих этапах строительства. Но иногда этап дополнительных радиусов был связан с заменой старых на новые.

Большинство отклонений от этапа создания спирали захвата оказались исследовательскими, так как радиальные траектории пауков следовали предшествующим траекториям, что указывает на то, что они шли по ранее построенным линиям (2С).

Изображение №3

Чтобы исследовать поведение паука в более точной пространственно-временной шкале, ученые отследили динамику 26 точек на его теле (3А). Для этого 10000 кадров были вручную аннотированы и использованы для захвата двух сверточных нейронных сетей (CNN от convolutional neural networks), отслеживающих конечности — LEAP и DeepLabCut.

Поскольку поведение — это не просто статические позы конечностей, а движение этих поз во времени, ученые изначально попытались зафиксировать это движение, передав вейвлет-преобразование по координатам. Этот подход определяет каждый момент времени как вектор частот движения для каждой отслеживаемой координаты, в результате чего получается многомерное пространство возможных частот конечностей.

Однако было обнаружено, что часто нерегулярное и менее синусоидальное поведение пауков приводит к появлению зашумленных вейвлет-профилей, в отличие от повторяющихся движений. В качестве альтернативного подхода было решено определять каждый кадр интервалом в 880 мс с центром в этом кадре (3B). Этот метод хоть и ограничивал временное разрешение каждого кадра до 880 мс, зато позволял более надежно сравнивать непериодическое и нерегулярное поведение, которое плохо определялось бы с помощью вейвлет-подхода.

И выбранный метод, и вейвлет-метод определяют каждую точку времени как вектор всех отслеживаемых координат во временном окне с центром в этой точке. Если одно и то же поведение многократно повторяется в разные моменты времени, то эти моменты времени должны находиться рядом друг с другом в многомерном пространстве. Чтобы сделать это пространство более интуитивно понятным, его можно спроецировать в два измерения, используя стохастическое вложение соседей с t-распределением (t-SNE). Чтобы сделать возможными перекрестные сравнения записей, общее пространство t-SNE было построено из 200000 временных окон, построенных равномерно из 21 записи. Все моменты времени записи впоследствии были вложены* в это общее пространство без изменения его фиксированной структуры.

Вложение* — специального вида отображение одного экземпляра некоторой математической структуры во второй экземпляр такого же типа.

Поскольку движения передних и задних лапок часто выполняются независимо, передние и задние лапки были вложены отдельно (3С, 3D), что улучшает распознавание движений. Для количественной оценки сходства вложений t-SNE использовалась дивергенция Дженсена-Шеннона (J-S от Jensen-Shannon), поскольку она не полагается на предварительные предположения о геометрии плотности (3D). Чтобы лучше различать поведение, определяемое t-SNE, к плотностям t-SNE была применена функция преобразования, чтобы разделить их на дискретные области.

Некоторые из поведений в этих областях можно легко аннотировать как отдельные поведения, которые наблюдались ранее (взмахи лапками, закрепление шелка, построение маскировки и вытягивание шелка), подтверждая полезность этого автоматизированного подхода (3E).

Видео №3: репрезентативные примеры 1-секундного движения для каждого кластера движений (соответствует изображению №3).

Видео №4: произвольно отобранные примеры 1-секундного движения для каждого кластера движений, иллюстрирующие стереотипные и атипичные движения (соответствует изображению №3).

Судя по данным, передние лапки по большей степени использовались для исследования, а потому совершали больше всего движений. Поскольку паук строит паутину в полной темноте, частые движения передних лап нужны для поиска шелковых нитей (3E). Передние лапы также участвовали в передвижении паука. Поскольку на передние маркеры (коих было 26) влияла трехмерная ориентация просомы (передняя доля тела паука), траектории передних конечностей также сигнализировали о вращении, закреплении шелка и создании маскировки.

Задние лапки в основном использовались для вытягивания и/или направления шелка из брюшка. Даже ходьба по шелку в основном выполнялась медиальными и передними лапками.

Наблюдалось четыре основных тактики вытягивания шелка — две относились к быстрым движениям и две — к медленным (отмечено желтым и зеленым на 3E). Более медленное вытягивание шелка доминировало на этапах строительства прото-паутины, радиусов и вспомогательной спирали. Этот вариант вытягивания происходил при достаточно высоком значении частот.

Более быстрое вытягивание относилось к процессу «расчесывания» захватывающего шелка (к которому, прилипает добыча). Частота лапок в этом случае была постоянной (9 Гц).

Малозаметное натягивание шелка, характерное для стадии создания маскировки, аналогичным образом можно определить по задним лапкам (отмечено розовым на 3E).

Иногда поведение закрепления шелка можно было определить по задним лапам, но траектории задних конечностей были малозаметны во время сгибания брюшка по сравнению с траекториями передних конечностей из-за разницы в их системе координат (отмечено оранжевым на 3E).

Из-за регулярной геометрии паутины некоторые их вышеперечисленных поведений происходили с регулярными интервалами у всех особей.

Фиксация шелка, к примеру, регулярно происходила, когда паук прикреплял захватывающий шелк к радиусам. Поэтому это часто происходило в местах, где паук пересекал радиальные линии (3F). Поведение, связанное с маскировкой, также наблюдалось исключительно в той области паутины, где паук ее создавал.

Полученный набор данных, описывающих разные типы поведения на разных этапах строительства паутины, позволяет автоматизировать процесс идентификации этих самых этапов без необходимости в ручном аннотировании каждого кадра записи наблюдений.

Изображение №4

Поскольку построение различных элементов сети, таких как радиусы и спираль захвата, разделено как в пространстве, так и во времени (1F), поведение, которое в основном происходило в определенных областях сети (3F), также демонстрировало сильные временные отклонения. Это стало более очевидным, когда плотности поведения в t-SNE пространстве были разделены на этапы построения сети (4A и 4B).

Движения передних конечностей, взятые во время стадий строительства прото-паутины и радиусов, были очень похожими, как и ожидалось, из-за схожей конструкции этих элементов паутины. Оба этапа характеризовались строительством длинных линий, охватывающих большую часть пространства. Следовательно, на этих этапах было больше всего ходьбы, чем на других (отмечено синим на 4B). Также было больше и пауз, что определяется динамикой передних или задних конечностей (отмечено серым на 4B). К примеру, 90% этапа прото-паутины занимали именно паузы (1I). Построение радиусов также включало длительные паузы, хотя их продолжительность была не такой большой. Во время строительства вспомогательной спирали наблюдаемая картина поведения была похожа, но пауз было меньше, а их продолжительность короче. Однако на этом этапе усиливалось поведение, связанное с закреплением шелка, так как вспомогательная спираль неоднократно пересекает радиусы, к которым прикрепляется. Закрепление шелка присутствовало и во время строительства спирали захвата, где также было мало паузы небольшой продолжительности (4B и 1I). Также было мало ходьбы, так как паук в основном сосредоточен на прикреплении спирали захвата, которая ортогональна радиусам (отмечено синим на 4B). Частое бездействие передних лапок не являлось неподвижностью (отмечено серым на 4В), так как в этот момент задние лапки занимались расчесыванием нитей захвата. Это поведение было самым ярким в рамках данного этапа строительства, так как большую часть времени задние конечности занимались именно расчесыванием (отмечена зеленым на 4B). Если паук создавал маскировку, то движения передних и задних лап было ритмичным и уникальным для данного этапа (отмечено розовым на 4B). Взмахи лапками происходили на всех этапах строительства паутины (светло-оранжевые и светло-синие области на 4A), но сильнее были выражены во время создания вспомогательной спирали и спирали захвата (4C).

Паук часто менял направление вращения во время создания спиралей. Во время строительства вспомогательной спирали наблюдалось явное смещение для взмахов лапки, ближайшей к ступице, независимо от угловой траектории (4D). На этом этапе паук разворачивается по спирали наружу от центра, поэтому ранее собранная вспомогательная спираль находится ближе к ступице.

Изменения в активности разных лапок (в аспекте опоры) отражает изменения в структуре строящейся паутины, а также изменение целей паука по мере того, как он переходит от одного этапа к другому.

Изображение №5

Несмотря на то, что разные поведения (например, взмахи лапками) были общими на разных этапах построения сети, то, как они координировались, необязательно было одинаковым. В частности, спираль захвата была наиболее регулярной. Задние лапы в основном выполняли расчесывание шелка с последующими регулярными этапами закрепления захватывающих нитей по радиусам (5B).

Видео №5: пример траектории спирали захвата, показывающий время t-SNE кластера движения задних и передних лап (соответствует изображениям №3 и №5).

Передние ноги либо оставались неподвижными, либо выполняли взмахивающие движения. Регулярное развитие этого поведения можно увидеть на графике вероятности их появления относительно поведения закрепления шелка (5C).

После прикрепления нитей захвата к радиусам процесс расчесывания начинается достаточно медленно (желтые квадраты на 5C), за которым следуют взмахи лапок (оранжевый и желтый квадраты на 5C), короткие паузы (черные квадраты на 5C), а затем быстрое расчесывание (зеленые квадраты на 5C). Регулярность этих поведенческих переходов отражает регулярность спирали захвата и координацию, которая необходима для обеспечения правильного построения этой важной части паутины.

Несмотря на то, что быстрое расчесывание шелка является уникальным поведением для этапа строительства спирали захвата, другие действия (взмахи лап или закрепление нитей) должны координироваться по-разному во время других этапов, так как потребности в строительстве различаются на каждом этапе.

Поскольку пауки не используют свое зрение для построения паутины, вытягивание шелка часто сочеталось с движениями передних лап (5D). Переходы от [взмахи лап + натяжение шелка] к [неподвижные передние лапы + натяжение шелка] отражают то, что паук сначала исследует местную среду своими передними лапами, определяет линии, а затем цепляется за них, в то время как задние лапы продолжают вытягивать шелк.

Определенные переходы были более характерны для определенных этапов и отражали более частое возникновение исходного состояния. Например, переходы в/из поведения ходьбы и поворотов более вероятны в состояниях прото-паутины и радиусов, что отражает важную роль, которую это поведение играет при сборке конкретно этих частей паутины.

Видео №6: пример радиальной траектории, показывающий время t-SNE кластера движения задних и передних лап (соответствует изображениям №3 и №5).

Несмотря на то, что большинство поведений являются общими для разных этапов, различия в относительной выборке поведений и их переходы подразумевают, что каждая стадия построения сети отражается не только в траектории центроида паука, но и в его поведении во время перемещения по паутине.

Изображение №6

Проанализировав данные наблюдений, ученые пришли к выводу, что смогут предсказывать этап строительства паутины только на основе поведения паука. Была создана иерархическая скрытая марковская модель (HHMM от hierarchical hidden Markov model) со скрытыми родительскими состояниями верхнего уровня и нескрытыми дочерними состояниями, представляющими различные мотивы движения (6A).

Родительские состояния представляли (скрытые) режимы с различными лежащими в основе поведенческими переходными вероятностями, тогда как дочерние состояния представляли сами поведенческие переходы. Модели неоднократно обучались на подмножестве данных (в выборке) и использовались для прогнозирования изменений режима в данных вне выборки (6B).

Как и ожидалось, точность моделей увеличивалась с увеличением количества режимов. Но уже после третьего режима точность быстро стабилизировалась (6B). Для каждой модели были рассчитаны баллы F₁, чтобы оценить, насколько хорошо эти модели соответствуют аннотированным вручную этапам строительства паутины.

В результате моделирования было определено пять режимов, соответствующих пяти этапам строительства. При этом модель смогла определить этапы вспомогательной спирали, маскировки и спирали захвата (6C). Различия между этапами прото-паутины и радиусов были смешанными, с преобладанием первого в аспекте количества пауз (6E). Это предсказание полностью соответствует наблюдениям. Другими словами, HHMM было так же сложно полноценно различить эти два этапа, как и наблюдателю. Однако, как комбинированное состояние, эти два режима точно соответствовали этапам прото-паутины и радиусов (6C—6E). Модель также успешно идентифицировала этап создания маскировки (6D).

Переходы между режимами точно соответствовали переходам между этапами, определяемым траекторией паука, даже для особей, у которых было нетипичное прогрессирование строительства (6F).

В совокупности эти данные говорят о том, что созданная модель может вполне успешно определять тот или иной этап строительства паутины, основываясь лишь на данных о поведении паука.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученые смогли детально описать каждый этап строительства паутины, а также охарактеризовать поведение паука в соответствии с каждым его действием.

Как заявляют сами авторы исследования, дабы понять, как мозг столь маленького существа работает, необходимо детально задокументировать все, что оно делает в процессе создания столь сложной структуры как паутина.

В ходе опытов для пауков была подготовлена специальная камера, где они могли плести свои сети в полной темноте, как они и любят. Записи процесса анализировали сначала вручную, что занимает уйму времени и не всегда может дать стопроцентно точный результат. А все потому, что человеку приходиться отслеживать положение всех лапок, коих у паука предостаточно, в каждом кадре видеозаписи. Посему на смену людям пришла машина, а точнее программа, обученная отслеживать положение конечностей тела паука кадр за кадром. В результате удалось создать детальную картину происходящего с точки зрения динамики нитей и самого паука.

Оказалось, что пауки весьма предсказуемы в своих действиях. Правильнее сказать, что строят они свои сети по очень точным стандартам, которых придерживаются все особи одного вида и даже особи других видов. Весь процесс строительства разделяется на определенные этапы, на каждом из которых паук совершает определенный набор действий, результатом которых будет завершение той или иной части сети (каркас, радиусы, дополнительная спирать, спираль захвата и т.д.).

Учитывая столь точный план стройки, ученые предположили, что это можно предсказать. Использовав моделирование ученые смогли предсказать, на каком этапе строительства находится паутина исключительно по положению лапок паука. Окончательный результат паучьих трудов может слегка отличаться между особями, но схема остается прежней, а потому модель предсказания отлично работает с разными паутинами.

В будущем ученые намерены провести опыты с препаратами, меняющими сознание, дабы понять, какие именно области мозга паука отвечают за какие именно этапы строительства.

По словам ученых, их труд позволяет не только больше узнать о пауках, но и создает фундамент для лучшего понимания нас самих. Ведь понять, как работает столь сложная система, как мозг человека, будет гораздо проще, если для начала мы поймем как работает мозг хотя бы паука.

Пятничный офф-топ:

Слова ученых про будущие исследования с применением препаратов напомнили мне об этом забавном видео.

Пятничный офф-топ 2.0:

Времена у нас сейчас не самые позитивные, учитывая обстоятельства, посему даже небольшая улыбка от нелепого видео — маленькая, но все же победа.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Немного рекламы

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4. 99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас:Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Из чего паук делает паутину. Загадки паутины. Где обитает крупнейший в мире паук

Наблюдая за насекомыми летом можно долго восхищаться тем, с какой скоростью и грациозностью паук плетет свою сеть. Недаром во всех мировых культурах есть отсылки и сравнения к паутине, как к чему-то невероятно сложному и зловещему. Но вот откуда у паука нить для постройки своих хитроумных ловушек?

10 фактов о паутине

Ниже 10 занимательных фактов про паутину, которую производят эти насекомые:

1. Паутину плетут практически все виды пауков.
2. Только часть из них использует ее в качестве ловушки.
3. Живущие в норках пауки все равно оплетают стенки своей нитью, так им удобней.
4. Сидящее в паутине насекомое получает всю информацию об окружающем мире, за счет колебания нитей.
5. Некоторые пауки плетут такие паутины, которые не фиксируют попавшуюся жертву, а лишь предупреждают о ее приближении.
6. Не все пауки одинаково ловкие. На то, чтобы научиться управлять своей сетью у некоторых насекомых уходит, чуть ли не вся жизнь.
7. Они редко когда запутываются в своей паутине, но такое вполне возможно.
8. Сами нити очень долговечны, они могут сохраняться на протяжении десятков и даже сотен лет.
9. Размеры паука и паутины не зависят друг от друга, так что не стоит бояться, наткнувшись на огромную паутину у себя дома или во дворе. Возможно сплел ее маленький безобидный паучок.
10. Самые ядовитые и опасные насекомые водятся в южных широтах, так что обитатели северных регионов могут особо не переживать.

Строение и состав паутины

Имея общее представление о том, зачем пауки плетут паутину, можно попытаться разобраться, что представляет собой это переплетение ниток :

1. Она состоит из множества одиночных нитей.
2. Все они прикреплены к твердой поверхности, как минимум в одной точке.
3. Идут в одной плоскости, но в разных направлениях.
4. Изначально паук сплетает длинные нити, образуя своеобразный каркас.
5. После чего переплетает их продольными нитями по кругу, завершая работу.
6. Насколько липкой будет паутина, зависит от срока ее существования и вида паука.
7. Само насекомое должно быть крайне осторожно, ведь, как и своя жертва, оно не застраховано от возможности попасться в свою же ловушку.
8. Паутинка является лишь временным домом, в случае изменения окружающих условий или повышения конкуренции, паук, не раздумывая, переберется на другое место и начнет плести новую сеть.

Но для любого строительства необходим материал . И по своим свойствам нить паука уникальна:

• В основном состоит из белков.
• По свойствам она больше всего похожа на нейлон.
• Обладает огромным запасом прочности на разрыв. До двух сотен килограмм на 1 квадратный миллиметр.
• Если бы человечество научилось синтезировать такого рода ткань, она бы использовалась во многих передовых отраслях науки и производства.

Немного паучьей анатомии

Давайте разберемся, каким образом паук получает эту самую нить :

В результате весь процесс происходит в три стадии:

1. Активация желез, расположенных в брюшке у паука. Этот процесс сопровождается синтезом клейкого белкового вещества, которое в дальнейшем и преобразуется в паутину.
2. Прохождение выделившегося секрета по трубочкам, его накопление.
3. Выделение паутиной нити через 6 сосочков, расположенных внизу брюшка.

Более детальные исследования показали, что количество желез, трубочек и сосочков может колебаться, в зависимости от вида паука.

Существуют разновидности с более сложно устроенной системой производства паутины . Но все сводится к тому, что насекомое выпрыскивает небольшое количество паутины на твердую поверхность и начинает плести нить, которая сразу же засыхает, под воздействием воздуха.

Почему нельзя убивать пауков?

Существует огромное количество суеверий, по поводу пауков и их паутин. В большинстве случаев считается плохим знаком убийстве этого насекомого или разрушение его домика. Под этим есть и свое обоснование:

• Паук питается другими насекомыми, убивая мух, комаров и прочих незваных гостей.
• Один такой житель с 8 лапами, поселившийся в вашем доме, будет работать лучше, чем отряд дезинсекторов. И за свой труд ничего не попросит.
• Как только все насекомые будут уничтожены, у паука не останется вариантов для добычи пропитания, и он вынужден будет покинуть ваш дом.

Но всегда есть и минусы:

1. Паутина собирает всю пыль и грязь.
2. Проживая в южных регионах, вы можете столкнуться с ядовитыми и опасными для жизни разновидностями пауков.
3. Никто не отменял арахнофобию, боязнь пауков заставит вмиг позабыть обо всей их полезности.

Поэтому решайте сами, как именно поступить с незваным гостем. Если всех остальных насекомых вы, не раздумывая, убиваете, нет смысла делать какой-то поблажки для обладателя восьми лапок.

С другой стороны, жалость к безобидным существам всегда должна присутствовать, хоть на каком-то уровне.

Откуда на самом деле берется паутина?

Чтобы развеять пару мифов скажем, что:

• Паук производит свою нить за счет расположенных в брюшке желез.
• Она не выходит у него из лапок, как у героя комиксов и фильмов.
• Выведение обеспечивают специальные сосочки, расположенные внизу брюшка.
• Она выходите из заднего прохода, паутина это не отход жизнедеятельности.
• Ее состав не особо зависит от рациона паука. Главное, чтобы питание было достаточным.
• Производительность труда у пауков оценивать сложно, но достоверно известно, что пауки могут не прекращая плести нить длиной в несколько десятков метров .
• Это все данные экспериментов, в реальной жизни маленьким насекомым такие огромные ловчие сети не нужны.
• С другой стороны, можно оценить масштабы трагедии, если в реальной жизни воплотится один из сюжетов фильмов-ужасов о нашествии этих огромных насекомых.
• У паука нет в брюшке никаких ниток, паутина производится в полужидком виде и застывает она только на воздухе.
• Сложно поверить, что такая тонкая нить может быть настолько прочной. Но все дело в физических особенностях и химическом составе материала.

Дети часто задают вроде бы и простые вопросы, но найти на них ответ так сразу не получится. Теперь можно простыми словами объяснить своему малышу, откуда у паука нить и зачем он плетет свои хитроумные сети. Только про «перспективы» нашествия гигантских пауков лучше умолчать, выдумка сценаристов так и останется просто выдумкой.

Видео: как паук делает нить?

На этом видео будет показано, как именно паук производит свою нить, как плетет паутину и ловит в нее свою жертву:

Наверняка каждый из вас обращал внимание на утонченные, ажурные, шелковистые «платочки», которые развешивают пауки на деревьях и траве солнечным летом. Когда серебристые росинки блестят на ажурной паучьей пряже — зрелище, согласитесь, безумно красивое и завораживающее. Но возникает несколько вопросов: «где образуется и как используется пауком паутина», «откуда она берется и из чего состоит». Попытаемся сегодня разобраться, зачем же это животное украшает все вокруг своей «вышивкой».

Остановились на часок

Очень многие ученые посвящали паукам и их паутине не только целые трактаты и часы, но и годы своей жизни. Как говорил Андре Тилькин, известный философ из Франции, плетение паутины — это удивительный спектакль, который можно смотреть часами и часами. Он написал более пятисот страниц трактата о паутине.

Немецкий ученый Г. Петерс утверждал, что, наблюдая за пауками часами, даже не замечаешь, как пролетает время. Он еще до Тилькина рассказал миру о том, кто такие эти удивительные создания, как паук плетет свою паутину, для чего она ему необходима.

Наверняка и вы не раз, увидев на листочке маленького паучка, занимающегося своей кропотливой работой, останавливались и наблюдали. Но у нас всегда не хватает времени на прекрасные мелочи, мы всегда в спешке, поэтому и не можем остановиться, задержаться чуть дольше. Если бы находилось это самое время, каждый из нас наверняка мог бы ответить на вопрос: «Как появляется паутина, почему паук не прилипает к своей паутине?»

Давайте остановимся все-таки на мгновенье и разберемся. Ведь вопрос действительно интересный, а процесс завораживающий.

Откуда она берется?

Пауки — древнейшие создания, живущие на земле более двухсот миллионов лет. Без своей паутины они, пожалуй, не были бы так интересны человечеству. Так откуда выделяется паутина у пауков и что собой представляет?

Паутина — это содержимое специальных желез, которые имеют многие членистоногие (ложноскорпионы, пауки, паутинные клещи и т. д.). Жидкое содержимое способно вытягиваться и не рваться при этом. Образовавшиеся тончайшие нити очень быстро затвердевают на воздухе.

Каждый паук имеет несколько специфических желез на теле, которые отвечают за выработку паутины. Разные железы образуют различного вида и плотности паутину. Располагаются они на брюшке в виде тончайших протоков и носят название «паучьи бородавки». Именно из этих отверстий и выделяется жидкий секрет, вскоре превращающийся в прекрасную паутину.

С помощью лап паук распределяет, «развешивает» паутину там, где это ему необходимо. Самые длинные у паука передние лапки, именно они выступают в главной роли. А с помощью задних лап он захватывает капли жидкости и растягивает их до необходимой длины.

Ветер в помощь

Правильному распределению паутины способствует и ветерок. Если паук выбирает правильное место для размещения, к примеру между деревьев или в листьях, то ветер помогает разнести нити туда, куда нужно. Если вы хотели для себя ответить на вопрос о том, как паук плетет паутину между деревьями, то вот и ответ. Ему помогает ветер.

Когда одна нить зацепилась за нужную веточку, паук проползает, проверяет прочность основы и выпускает следующую. К середине первой прикрепляет вторую и так далее.

Этапы строительства

Основание паутины очень похоже на снежинку или точку, из центра которой расходится несколько лучиков. Эти центральные нити-лучики самые плотные и толстые по своей структуре. Иногда паук делает основу сразу из нескольких нитей, как бы заранее укрепляя свои тропы.

Когда основание будет готово, животное переходит к строительству «ловчих спиралей». Они изготавливаются уже совершенно из другого вида паутины. Эта жидкость отличается клейкостью, хорошо липнет. Именно из липкой паутины и строятся круги на основании.

Паук начинает свое строительство с внешнего круга, постепенно продвигаясь к центру. Он удивительным образом чувствует расстояние между кругами. Совершенно не имея под рукой циркуля или специальных измерительных приборов, паук безошибочно распределяет паутину так, что между кругами исключительно одинаковое расстояние.

Почему сам не прилипает?

Наверняка все вы знаете, как пауки охотятся. Как их добыча путается в липкой паутине и погибает. И, пожалуй, каждый хоть раз задавался вопросом: «А почему паук не прилипает к своей паутине?»

Разгадка кроется в специфической тактике строительства паутины, которую мы описывали чуть выше. Паутина делается из нескольких видов нитей. Основа, по которой паук и перемещается, делается из обычной, очень прочной и совершенно безопасной нити. А вот «ловчие» круги изготавливаются, наоборот, из липкой и смертоносной для многих насекомых нити.

Функции паутины

Итак, мы разобрались, как появляется паутина и где образуется. И как используется пауком паутина, тоже сможем теперь ответить. Первостепенная задача паутины — конечно же, добыча пропитания. Когда «пища» попадает в паутину, паук сразу чувствует вибрацию. Он приближается к добыче, быстренько ее заворачивает в прочное «одеяло», открывает край и уносит еду в то место, где никто ему не помешает насладиться трапезой.

Но кроме добычи пропитания, паутина служит пауку еще для некоторых целей. Из нее делается кокон для яиц и дом для жилья. Паутина выступает в роли своеобразного гамака, на котором происходят брачные игры и спаривание. Она выступает в роли парашюта, который позволяет быстро удрать от опасных врагов. С ее же помощью пауки при необходимости могут передвигаться по деревьям.

Прочнее стали

Итак, мы уже знаем, как паук плетет паутину и каковы ее особенности, как она образуется и как строятся липкие сети для добычи пищи. Но остается вопрос о том, почему же паутина такая прочная.

Несмотря на то что все паучьи конструкции разнообразны, они имеют одинаковое свойство — повышенную прочность. Это обеспечивается за счет того, что в состав паутины входит белок — кератин. Кстати, он также содержится в когтях животных, в шерсти, в перьях птиц. Волокна паутины отлично растягиваются и потом возвращаются в свой первоначальный вид, при этом не рвутся.

Ученые говорят, что паутина по своей прочности намного превосходит натуральный шелк. Последний имеет прочность разрыва 30-42 г/мм 2 , а вот паутина — около 170 г/мм 2 . Чувствуется разница.

Как паук плетет паутину — это понятно. Что она прочная — тоже вопрос решили. А вот знали ли вы, что несмотря на такую прочность, паутина в несколько тысяч раз тоньше, чем волос человека? Если сравнивать показатели разрыва паутины и других нитей, она превосходит не только шелк, но и вискозу, нейлон, орлон. Даже крепчайшая сталь не сравнится по прочности с ней.

Знали ли вы, что от того, как паук плетет паутину, будет завесить количество жертв, которые в ней окажутся?

Когда в паутине оказывается добыча, она не только прилипает к «ловчей» сети, но и поражается электрическим зарядом. Он образуется от самих насекомых, которые в процессе полета накапливают заряд, а попадая в паутину, отдают его нитям и поражают сами себя.

Зная, как паук плетет паутину и какие она имеет «прочные» качества, почему люди до сих пор не изготавливают из таких нитей одежду? Оказывается, во времена Людовика XIV один из мастеров попытался сшить из нитей паука перчатки и носки для короля. Однако работа эта оказалась очень сложной, кропотливой и длительной.

В Южной Америке паучьи сети помогают не только самим изготовителям, но и местным обезьянкам. Животные благодаря прочности сетей ловко и безбоязненно передвигаются по ним.

Паутина является своеобразным секретом, вырабатываемым паутинными железами. Такой секрет через незначительное время после выделения, способен застывать в форме крепких белковых нитей. Паутину выделяют не только пауки, но и некоторые другие представители из группы паукообразных, включая ложноскорпионов и клещей, а также губоногие многоножки.

Как пауки производят паутину

Большое количество паутинных желез располагается в брюшной полости паука . Протоки таких желез открываются в мельчайшие прядильные трубочки, имеющие выход на концевую часть специальных паутинных бородавок. Количество прядильных трубочек может варьироваться в зависимости от вида паука. К примеру, очень распространённый паук-крестовик имеет их пять сотен.

Это интересно! В паутинных железах вырабатывает жидкий и вязкий белковый секрет, особенностью которого является способность практически мгновенно затвердевать под воздействием воздуха и превращаться в тонкие длинные нити.

Процесс прядения паутины заключается в прижимании паутинных бородавок к субстрату. Первая, незначительная часть выделившегося секрета застывает и надёжно приклеивается к субстрату, после чего паук вытягивает вязкий секрет с помощью задних ног. В процессе удаления паука от места прикрепления паутины, белковый секрет растягивается и быстро затвердевает. На сегодняшний день известно и достаточно хорошо изучено семь разных видов паутинных желез, которыми производятся разные типы нитей.

Состав и свойства паутины

Паутина паука является белковым соединением, в состав которого также входят глицин, аланин и серин. Внутренняя часть образуемых нитей представлена жесткими белковыми кристаллами, размер которых не превышает несколько нанометров. Кристаллы объединяются при помощи очень эластичных белковых связок.

Это интересно! Необычным свойством паутины является её внутренняя шарнирность. При подвешивании на паутинное волокно, любой предмет можно неограниченное количество раз вращать, без образования перекручивания.

Первичные нити переплетаются пауком и становятся более толстым паутинным волокном . Показатели прочности паутины приближены к аналогичным параметрам нейлона, но значительно прочнее, чем секрет тутового шелкопряда. В зависимости от того, с какой целью предполагается использовать паутину, пауком может выделяться не только липкая, но также и сухая нить, толщина которой значительно варьируется.

Функции паутины и ее назначение

Паутина используется пауками в самых разных целях. Сотканное из прочной и надёжной паутины убежище позволяет создавать для членистоногих наиболее благоприятные микроклиматические условия, а также служит хорошим укрытием, как от непогоды, так и от многочисленных природных врагов. Многие членистоногие паукообразные способны оплетать своей паутиной стенки своей норки или делать из неё своеобразную дверку в жилище.

Это интересно! Некоторые виды используют паутину в виде транспорта, а молодые паучки покидают родительское гнездо на длинных паутинных нитях, которые подхватываются ветром и переносятся на значительные расстояния.

Наиболее часто пауки используют паутину для плетения липких ловчих сетей, что позволяет эффективно ловить добычу и обеспечивать членистоногому питание. Не менее известны так называемые яйцевые коконы из паутины, внутри которых появляются молодые паучки . Некоторые виды плетут паутинные страховочные нити, защищающие членистоногое от падения в процессе прыжка и для перемещения или ловли добычи.

Паутина для размножения

Для периода размножения характерно выделение самкой паутинных нитей, которые позволяют найти оптимальную пару для спаривания. Например, самцы-тенетники способны сооружать рядом с сетями, созданными самками, миниатюрные по размерам брачные паутинные кружева, в которые и заманиваются паучихи.

Самцы пауков-крестовиков ловко присоединяют свои горизонтальные паутины к радиально расположенным нитям ловчих сетей, сделанных самками. Нанося по паутине сильные удары конечностями, самцы вызывают колебания сети и, таким необычным образом, приглашают самок на спаривание.

Паутина для ловли добычи

С целью поимки своей добычи многие виды пауков плетут специальные ловчие сети, но для некоторых видов характерно использование своеобразных паутинных арканов и нитей. Пауки, которые скрываются в жилищах-норах, расставляют сигнальные нити, которые тянутся от брюшка членистоногого до самого входа в его убежище. При попадании добычи в ловушку, колебание сигнальной нити моментально передаётся пауку.

Липкие ловчие сети-спирали строятся немного по другому принципу . При её создании паук начинает плетение с края и постепенно продвигается к центральной части. В этом случае обязательно сохраняется одинаковый промежуток между всеми витками, в результате чего получается так называемая «спираль Архимеда». Нити на вспомогательной спирали специально обкусываются пауком.

Паутина для страховки

Пауками-скакунчиками используются паутинные нити в качестве страховки при нападении на жертву. Пауками прикрепляется страховочная нить паутины к любому предмету, после чего членистоногое прыгает на намеченную добычу. Эта же нить, прикрепленная к субстрату, используется для ночлега и страхует членистоногое от нападения всевозможных природных врагов.

Это интересно! Южнорусские тарантулы, покидая своё жилище-нору, тянут за собой тончайшую паутинную нить, что позволяет быстро найти при необходимости обратную дорогу или вход в убежище.

Паутина как транспорт

К осени некоторые виды пауков выводят молодь. Выжившие в процессе взросления молодые паучки стараются взбираться как можно выше, используя с этой целью деревья, высокорослые кустарники, крыши домов и другие строения, заборы. Дождавшись достаточно сильного ветра, маленький паучок выпускает тонкую и длинную паутинку.

От длины такой транспортной паутины напрямую зависит расстояние перемещения. Дождавшись хорошего натяжения паутинки, паук откусывает её конец, и очень быстро взлетает. Как правило, «путешественники» способны пролететь на паутине несколько километров.

Пауками-серебрянками паутина применяется в качестве водного транспорта. Для охоты в водоёмах этому пауку требуется дыхание атмосферным воздухом. При спуске на дно, членистоногое способно захватывать порцию воздуха, а на водных растениях из паутины сооружается своеобразный воздушный колокол, который удерживает воздух и позволяет пауку охотиться на свою добычу.

Большинство видов пауков плетут паутину, но не все, на пример тарантулы. Многие тарантулы зарываются в землю и выпускают немного паутины, занавешивая вход в «пещеру», чтобы легче ловились пролетающие насекомые. Все пауки, независимо от того, плетут они паутину или нет, имеют между собой несколько общих черт: у них восемь ног, все они питаются насекомыми. Запомните, что сами пауки не насекомые.

Пауки относятся к арахнидам, или паукообразным — это животные, в одну группу с которыми входят клещи и скорпионы. Существует около 40 тысяч видов пауков.

Зачем нужна паутина?

Они могут ткать очень простые изделия, а могут сплетать настоящие произведения искусства. Даже когда паутина готова, паук не поселяется в ней навечно. Сам паук может притаиться под кровельной дранкой или в углу оконного переплета, или под скалой. Назначение же паутины — ловить насекомых. На то, чтобы сплести качественную паутину, может потребоваться несколько часов.

Как пауки плетут паутину?

Например, паук – ткач использует для постройки паутины несколько типов нитей. Для создания основы, так сказать каркаса, он выделяет сухую паутину. А для того чтобы ловить насекомых, на основу ткач накладывает липкую паутину. Паутинная нить (своего рода «шелк») выделяется специальными железами на брюшке паука. Разные железы выделяют различные типы шелка. Паук может в зависимости от цели плетения паутины использовать тот или иной паутинный материал.

Интересно:

Самые маленькие породы собак в мире

Круглый паук начинает плетение паутины, выбрасывая на ветер нить. Шелк летит по ветру и цепляется за какой – нибудь предмет, например за ветку дерева, что позволяет пауку забраться вверх по этой нити и добавить еще нить к первоначальной, чтобы сделать ее прочнее. После того как паук сделает общие контуры паутины, он прядет нить, соединяющую одну сторону паутины с другой. С центра этой соединительной нити паук начинает плести еще одну нить, которая соединит центр паутины с боковой нитью.

Затем паук положит множество соединительных сухих нитей от краев паутины по ее радиусам к центру, как спицы в велосипедном колесе. Затем круговыми нитями оплетаются эти «спицы». Получается спиральная сухая паутина. Потом на поверхность сухой паутины накладывается клейкая нить. Теперь паук избавляется от сухой паутины — съедает ее. Орудие лова сделано, силки для насекомых готовы.

Интересный факт: некоторые паутины могут быть сложнее, другие — проще.

Конструкция паутины

Конструкция паутины, как полагают специалисты, меняется в зависимости от способа охоты. Для нас вся паутина кажется одинаковой и состоящей из совершенно стандартных элементов. Такое обманчивое впечатление создается потому, что мы не видим паутину в ультрафиолетовом свете.

Почему паутина привлекает насекомых?

Ультрафиолетовые лучи — составная часть солнечного света, и именно та часть, которая образует загар кожи. Но частота ультрафиолетовых волн слишком высока и не воспринимается нашими глазами, так что для нас это невидимый свет. Однако многие насекомые способны видеть ультрафиолетовые лучи, особенно те из них, которые питаются нектаром цветов и пыльцой. Многие пауки плетут такую паутину, которая привлекает к себе этих насекомых. Как это делается? Сначала паук сплетает паутину из нитей, которые почти не отражают ультрафиолетовые лучи. Затем он вплетает в конструкцию паутины нить другого типа, которая ярко сияет в ультрафиолетовых лучах.

В брюшной полости пауков есть многочисленные паутинные железы. Их протоки открываются мельчайшими прядильными трубочками, которые находятся на концах шести паутинных бородавок на брюшке паука. У паука-крестовика, например, таких трубочек около 500-550. Паутинные железы вырабатывают жидкий вязкий секрет, состоящий из белка. Этот секрет обладает способностью мгновенно затвердевать на воздухе. Поэтому, когда белковый секрет паутинных желез выделяется через прядильные трубочки, он застывает в форме тонких нитей.

12
1. Паук-крестовик (со вскрытой брюшной полостью)
2. Паутинные бородавки паука

Паук начинает прясть свою паутину так: он прижимает паутинные бородавки к субстрату; при этом небольшая порция выделившегося секрета, застывая, приклеивается к нему. Затем паук продолжает вытягивать вязкий секрет из паутинных трубочек при помощи задних ног. Когда он удаляется от места прикрепления, остальной секрет просто растягивается в быстро затвердевающие нити.

Пауки используют паутину для самых разных нужд. В паутинном убежище паук находит благоприятный микроклимат, там же он укрывается от врагов и непогоды. Некоторые пауки оплетают паутиной стенки норки. Из паутины паук плетет липкие ловчие сети для поимки добычи. Яйцевые коконы, в которых развиваются яйца и молодые паучки, тоже делаются из паутины. Паутина используется пауками также для путешествий — из нее маленькие тарзаны плетут страховочные нити, которые защищают от падения при прыжках. В зависимости от цели использования паук может выделять липкую или сухую нить определенной толщины.

По химическому составу и физическим свойствам паутина близка к шелку тутовых шелкопрядов и гусениц, только она гораздо прочнее и эластичнее: если нагрузка разрыва для гусеничного шелка составляет 33-43 кг на 1 мм 2 , то для паутины — от 40 до 261 кг на мм 2 (в зависимости от вида)!

Паутину могут выделять и другие паукообразные, например, паутинные клещи и ложноскорпионы. Однако подлинного мастерства в плетении паутины достигли именно пауки. Ведь важно не только уметь делать паутину, но и производить ее в большом количестве. Кроме того, «ткацкий станок» должен быть расположен в том месте, где им удобнее пользоваться. У ложноскорпионов и паутинных клещей сырьевая база паутины располагается… в голове, а ткацкий аппарат — на ротовых придатках. В условиях борьбы за существование преимущество получают животные, у которых голова утяжелена мозгами, а не паутиной. Такими и являются пауки. Брюшко паука — самая настоящая паутинная фабрика а прядильные устройства — паутинные бородавки — образованы из атрофированных брюшных ног на нижней стороне брюшка. Да и конечности пауков просто «золотые» — они прядут так ловко, что им может позавидовать любая кружевница.

Совместимость Водолей (женщина) — Весы (мужчина)

К чему снится шуба во сне?

Самая сложная паутина, когда-либо встречавшаяся в природе

В следующий раз, когда вы будете выметать паутину из углов, найдите минутку, чтобы оценить тщательно продуманный дизайн этих липких ловушек для насекомых.

1 / 14

Sinelev/Shutterstock

Круговая паутина

Эти круглые творения создаются классом пауков, называемых круговыми ткачами, в который входит множество обычных садовых пауков. Они адаптируют свой дизайн в зависимости от того, каких насекомых они, скорее всего, поймают: если они в основном ловят мух, они используют более плотное плетение, а если они сосредоточены на сверчках, паутина должна быть более прочной и липкой, чтобы бьющиеся насекомые могли не вырваться до того, как паук убьет его укусом.

2 / 14

nuu_jeed/Shutterstock

Производство шелка паука

У этого золотого паука-кругопряда есть семь видов шелковых желез, и каждый из них производит свой собственный жидкий белок (называемый спидроидом). Белки затвердевают и комбинируются различными способами для создания нитей различного назначения, и они высвобождаются в виде шелка из шести фильер. Некоторые виды шелка используются для плетения паутины, а другие предназначены для яиц или заворачивания добычи. Этот простой шаг защитит ваш дом от пауков.

3 / 14

Евгений Каленкович/Shutterstock

Арахнидная архитектура

В большинстве паутин сфер нити, служащие в качестве спиц, более жесткие и не липкие. Как только структурные опоры установлены, паук начинает двигаться снаружи и закручивается внутрь, прикрепляя каждый сегмент шелка и покрывая пряди липким веществом. Как только незадачливый жук застревает, убивается и заворачивается, эта конструкция обычно сохраняет свою прочность, поэтому паук может сделать небольшой ремонт, а не строить его с нуля. Это важно, потому что создание паутины требует от паука огромного количества энергии. (На самом деле иногда они едят паутину, с которой покончили.) Не пропустите эти исключительно редкие фотографии National Geographic , которые вы не сможете выкинуть из головы.

4 / 14

Игорь Тихонов/Shutterstock

Украшение паутины

Этот андреевский крестовик сделал все возможное, чтобы вплести в свою паутину особый узор, называемый стабилиментой. Исследователи не уверены, почему некоторые пауки, плетущие круги, делают это — возможно, чтобы замаскироваться, или чтобы казаться крупнее для хищников, или чтобы сделать свои паутины более заметными для существ (таких как люди или другие животные), которые в противном случае могли бы случайно прорваться сквозь их паутину. сети. Ученые также предполагают, что украшения отражают ультрафиолетовый свет таким образом, что это привлекает добычу, или они могут просто помочь паукам поддерживать оптимальную температуру тела. Вот как держать этих жутких ползающих и других насекомых подальше от вашего дома.

5 / 14

Jamikorn Sooktaramorn/Shutterstock

Искусство из шелка

Исследователи пауков (арахнологи) изначально думали, что стабилимент придает паутине устойчивость, поэтому украшения и получили свое название. Но эта теория потеряла популярность в последние годы. У пауков может быть просто лишний шелк, который нужно использовать, или, может быть, это просто способ самки паука привлечь себе пару. Большинство пауков-самцов никогда не плетут паутину, но они могут плести шелк — некоторые используют его, чтобы обернуть мертвых жуков в качестве подарков, которые они предлагают самкам, чтобы их не съели до того, как они смогут спариться. Затем ознакомьтесь с этими другими причудливыми фактами об ошибках, которые вас полностью напугают.

6 / 14

Somyot Mali-ngam/Shutterstock

Искусство одного паука — мусор для другого

У ткача мусора нет типичного эстетического чувства — он заворачивает экскременты, остатки добычи и другой мусор по прямой линии. Паук замаскирован этой коллекцией, и она также обычно прячет свои яйцеклетки среди мусора. Интересно, что недавно было обнаружено, что у этих пауков есть биологические часы, которые естественным образом работают по 18,5-часовому циклу, а не по 24-часовому циклу, как у любого другого изученного животного, включая людей, плодовых мушек и хомяков.

7 / 14

nitat/Shutterstock

Хитрый дизайн

Паук, найденный в 2012 году в перуанской Амазонии, использует свой мусор более сложным образом, создавая нечто похожее на паука-приманку, который висит в паутине. Поддельный паук имеет длину около дюйма, и его создатель — крошечный паук длиной всего около четверти дюйма — может трясти паутину, чтобы приманка двигалась. В том же году ученые обнаружили на Филиппинах еще одного создателя приманки, предполагая, что поведение эволюционировало отдельно в двух местах, находящихся на расстоянии 11 000 миль друг от друга. Вот еще фотографии самых причудливых существ природы.

8 / 14

Federico.Crovetto/Shutterstock

Линии электропередач

Этот кружевной ткач с перьями использует необычный метод ловли добычи: он плетет сверхтонкие нити шелка из органа, называемого cribellum, которого нет у большинства пауков. Затем он использует специальные волоски на своих задних лапах, чтобы расчесывать наноразмерные нити шелка, что создает электростатический заряд, который приводит к тому, что на нитях появляются очень липкие затяжки, не содержащие клейкого вещества, которое обычно покрывает паутину других пауков.

9 / 14

PHOTO FUN/Shutterstock

Воронкообразные ткачи

Не все пауки строят классическую сеть сфер. Есть охотники, такие как паук-волк, который вообще не плетет паутины, и другие, которые создают очень функциональную, хотя и менее живописную, паутину, например, пауки, плетущие воронки. Как правило, они строят паутину с плоской поверхностью для захвата добычи и трубкой, ведущей вниз к их собственной удобной норе. Паук выбегает, когда чувствует, что насекомое запуталось в его шелке, и тащит его в свое логово, чтобы поесть. Не пропустите эти удивительные фотографии природы, в реальность которых вы не поверите.

10 / 14

Peter Waters/Shutterstock

Паутина черной вдовы

Эти знаменитые ядовитые пауки строят другую разновидность, называемую паутиной. Он состоит из горизонтального листа шелка, поддерживаемого нитями, идущими к некоторой опоре. Внизу черная вдова создает натянутые нити, которые свисают до земли и прикрепляются липким клеем. Если насекомое сталкивается с одним из них, оно отрывается от земли, прилипает к злоумышленнику и оставляет его висеть. Паук чувствует вибрации через простыню и направляется к обеду. Узнайте, какие другие распространенные предметы домашнего обихода привлекают пауков наряду с другими вредителями.

11 / 14

thatmacroguy/Shutterstock

Крошечная ловушка

Этот паук Nigma walckenaeri строит паутину на поверхности листа; ему просто нужна изогнутая поверхность, чтобы он мог создать крошечное убежище в вашем саду. Другие виды пауков создают паутину, называемую чашей и салфеткой: паутина в форме чаши подвешивается к стеблям растений и прикрепляется снизу к горизонтальному листу (салфетке). Насекомые, пролетая мимо, натыкаются на нить и падают в чашу, где их поедает паук.

12 / 14

Peter Waters/Shutterstock

Забрасывание сети

Паук с лицом людоеда может показаться невзрачным, но он обладает особым набором навыков: он держится на первых двух парах ног. Затем он терпеливо ждет, пока мимо не пройдет насекомое, и ловит жука своей сетью, как Человек-паук из мультфильма 1960-х годов, ловящий Зеленого гоблина. Посмотрите на эти потрясающе красивые фотографии, которые выдержали испытание временем.

13 / 14

Предоставлено Moonsung Cho, Peter Neubauer, Christoph Fahrenson, Ingo Rechenberg из Берлинского технического университета

Полеты на воздушном шаре

Шелк паука предназначен не только для ловли пищи. Известно, что многие виды раскручивают паруса, ловят ветер и улетают в новое место. Исследование показало, что пауки поднимают одну или две передние лапы, чтобы почувствовать скорость ветра (и, возможно, направление) примерно на шесть секунд. Если слишком холодно и ветрено, они остаются на месте, но когда дует теплый легкий ветерок, они выпускают шелковые нити, которые образуют треугольный лист и взлетают в небо. В этом видео показано, как это выглядит.

14 / 14

SIM ONE/Shutterstock

Прочность и эластичность

Шелк драглайна, на котором пауки свисают с потолка или паутины, в несколько раз прочнее стали по соотношению веса к весу. Он также растягивается, поэтому паутина может поглощать удары летающих насекомых. Ядовитый коричневый паук-отшельник идет еще дальше, производя нити, которые даже прочнее обычного паучьего шелка, потому что они вплетают крошечные петли в каждую нить. Затем посмотрите эти 11 потрясающих фотографий, которые заставят вас оценить красоту жизни.

Первоначально опубликовано: 6 апреля 2020 г.

Является ли паутина частью ее разума?

Deep Look

Mike Seely

21 сентября 2020 г.

Сохранить статью

Сохранить статью

Пожалуйста, попробуйте еще раз

В следующий раз, когда вы увидите большого паука, сидящего посреди паутины, прежде чем кричать, бегите или раздавить его, может быть, сделать паузу и на мгновение подумать обо всех удивительных вещах, которые он может делать своим крошечным мозгом. У большинства пауков мозг не больше макового зернышка, но с такими скромными умственными способностями они не только строят замысловатые ловушки для насекомых, но и искусно расширяют свои чувства далеко за пределы своего тела, используя паутину как физическое продолжение своего восприятия. способности.

«Представьте, если бы вы могли вытянуть микрофоны, исходящие из ваших ушей, расширив возможности вашего слуха», — сказал Фрэнсис Уиндрам, доктор философии. кандидат и эксперт по добыче пауков в Имперском колледже Лондона.

Более 48 000 видов пауков хорошо себя зарекомендовали с точки зрения эволюции. Они создают самые разные стили паутины, хотя некоторые, например пауки-скакуны, вообще не плетут паутину. Одних только пауков-кругопрядов насчитывается более 4000 различных видов; это восьминогие прядильщики, создающие знаменитую спиралевидную паутину.

Подросток, занимающийся плетением крестов. Несмотря на то, что они очень маленькие, ткачи сфер рождаются со способностью плести замысловатую спиралевидную паутину. (Mike Seely/KQED)

Любой, кто видел ткачей сфер в действии, видел, как они используют свои изысканные творения, чтобы ловко ловить летающих насекомых. Как это ни впечатляет, паутины функционируют не только как смертельные ловушки.

В основном ночные ткачи также почти полностью слепы. Эти виды способны видеть только свет, тьму и небольшое движение, но каким-то образом они способны быстро перемещаться по своим паутинам, выявляя своих несчастных жертв и связывая их в шелк — еду, отложенную на потом.

Паутина играет неотъемлемую роль во всем, что делает ткачих сфер. Многие виды каждый день едят свой шелк, перерабатывают его внутри своего тела и за ночь восстанавливают паутину. Когда пауки голодны, они могут затягивать нити паутины и даже менять ее размер и форму в зависимости от того, какого размера добычу они хотят.

Зная, что жуки и мотыльки используют феромоны для общения, доктор философии Калифорнийского университета в Беркли. Кандидат Эшли Адамс задался вопросом, могут ли пауки использовать химические сигналы, чтобы отличить паутину своего вида от паутины других видов пауков.

Чтобы удостовериться, что они не просто проверяют паутину наощупь, она пропитала хлопковые нити раствором, сделанным из экстрактов паутины, сплетенной разными видами.

Самцы пауков-кругопрядов в ее лаборатории последовательно выбирали нити, обработанные экстрактами их собственного вида, избегая нитей, облитых экстрактами паутины других видов пауков, предполагая, что они ощущают химические вещества своими ногами.

Взрослый паук-крестокрыл, поджидающий в центре своей паутины. (Josh Cassidy/KQED)

Исследование Адамса, которое скоро будет опубликовано, дополняет и без того впечатляющий список сложного поведения этих животных с крошечным мозгом. Мы знаем, что многие млекопитающие и птицы, по-видимому, способны создавать мысленные представления о пространстве, но беспозвоночные редко (исключение составляют пчелы, осьминоги и каракатицы). Ткачи сфер могут так много сделать своим крошечным мозгом, что некоторые исследователи задаются вопросом: является ли паутина продолжением ее разума?

Адамс соглашается с тем, что «по крайней мере, с неврологической точки зрения [сеть] является чрезвычайно эффективным расширением их чувств, которое помогло им преуспеть в окружающей среде и стать таким распространенным».

Но другие, такие как биолог Хилтон Джапьяссу из Федерального университета штата Баия, Бразилия, продвигают эту идею еще дальше, предполагая, что ткачи сфер используют свои сети как форму расширенного познания, отдавая на аутсорсинг сложные умственные задачи, такие как решение задач и память. Например, после того, как они убили и завернули свою добычу, паук может сохранить добычу на потом, а затем легко найти ее снова. То, как они перемещают убитых насекомых, очень похоже на то, как они их вспоминают, говорит Джапьясу.

Недавно он и его коллеги поставили эксперимент, в котором они манипулировали паутиной и удаляли добычу, завернутую в шелк, чтобы посмотреть, как паук отреагирует. Ограничив восприятие животными окружающего мира, ученые смогли напрямую проверить идею «мыслящей сети». Они обнаружили, что когда паутиной манипулировали, пауки меняли свое поведение. Во-первых, они искали добычу, взятую исследователями. Кроме того, если их паутина была изменена или они столкнулись с добычей разного размера, они могли изменить свое поведение при поиске пищи, изменив технику захвата.

Исследователи пришли к выводу, что эта двусторонняя связь между паутиной и поведением паука предполагает, что паутина действительно является способом обработки информации пауком , резервируя драгоценную энергию мозга для других необходимых и сложных задач, таких как фактический захват добыча. Для задач, требующих более интенсивного использования памяти, таких как навигация или перемещение добычи, им не нужно запоминать каждую ниточку, которую они пряли — достаточно нескольких предыдущих шагов.

Паук-крестокрыл быстро оборачивает добычу, парализовав ее дозой яда. Ткачи сфер в основном слепы, но они используют свою паутину, чтобы помнить, где хранят завернутую еду. (Mike Seely/KQED)

Идея расширенного познания — что такие инструменты, как письмо, компьютеры или телефоны, являются продолжением нашего мыслительного процесса — не нова для философов или ученых. Но если вы начнете определять познание в традиционном смысле, «нет возможности распространить [его] куда-либо еще за пределы человеческого опыта», — сказал Джапьясу. «Я предпочитаю определять это очень просто; что… познание помогает вам выжить, и оно связано с обработкой информации». По этому определению паутина является продолжением мыслительных процессов паука.

Не все исследователи полностью согласны с тем, что паутина на самом деле является частью мышления паука. Как вы узнаете, что у паука есть реальный план, или он просто демонстрирует инстинктивное поведение, когда строит свою паутину? С современными технологиями мы не можем заглянуть внутрь крошечного работающего мозга ткача сфер, поэтому нам остается только то, что может сказать нам наблюдение за поведением.

Хотя некоторые философы не согласны с идеей, что у животных вообще есть разум, Джапьясу говорит, что ученые, изучающие познание животных, «более непредвзяты, потому что они могут наблюдать такие разные способы мышления у других животных».

Исследователи пауков, сказал Джапьясу, «видят, как эти пауки делают то, что казалось бы невозможным для крошечного животного».

Итак, говорит он, логичным местом для поиска того, где происходит все это мышление, является Интернет.

Фирменная спиралевидная паутина кругового ткача расширяет возможности чувств паука далеко за пределы его тела. (Майк Сили/KQED)

Нелепая биология, скрывающаяся за паутиной – средство для борьбы с вредителями Планкетта

Вы, вероятно, немного знакомы с тем, насколько странны паутины. Вы слышали о том, что они сильнее, чем кажутся, или о том, как пауки плетут уникальные узоры благодаря инстинкту и терпению. То, с чем вы, вероятно, больше всего знакомы, это то, как они получаются из паучьих окурков или что-то в этом роде. Валовой. Но к чему вся эта суета, на самом деле? Почему такие ботаники, как мы, сходят с ума по поводу паутины, если у них есть шанс? Что ж, вы только что дали нам половину шанса, так что поехали. Паутина — одна из самых крутых, странных и увлекательных частей животного мира. Нет ничего похожего на них или нелепую биологию, стоящую за тем, как они работают. Это все, что вы когда-либо хотели знать о паутине. Вы больше никогда не будете смотреть на паука так, как прежде!

Чем удивительна паутина

Шелк паука не , а просто сверхпрочный, сверхэластичный или сверхэластичный. Это все эти вещи сразу. Прежде всего: данный вес паучьего шелка в пять раз прочнее, чем такой же вес стали . Несмотря на эту невероятную прочность на растяжение, шелк паука также почти так же эластичен, как резина, в соотношении веса к весу. Некоторый паучий шелк может растягиваться в четыре раза по сравнению с первоначальной длиной, не ломаясь и не теряя своей прочности. Благодаря этим двум качествам материал в два-три раза прочнее синтетических волокон, таких как кевлар. Вы знаете, вещи, которые они сделать бронежилеты из . Все это, паучий шелк и натуральный, биоразлагаемый и даже противомикробный. Люди были очарованы паучьим шелком на протяжении тысячелетий, и это очарование продолжается и по сей день. Если бы ученые смогли разработать способ искусственного синтеза паучьего шелка, он имел бы бесчисленное множество революционных применений.

Что такое паутина

Секрет того, как шелк паука может быть таким прочным и таким эластичным одновременно, связан с его уникальным химическим составом. На молекулярном уровне шелк паука состоит из нескольких аминокислотных белков, расположенных в виде цепочки. Две основные аминокислоты, составляющие эту цепь, — глицин и аланин. В паучьем шелке глицин и аланин периодически соединяются в «блоки». Каждый из этих белков содержит три отдельных «области», которые обладают своими собственными свойствами. Область, составляющая большую часть «тела» обоих белков, состоит из аморфного эластичного матрикса. Этот гибкий материал поглощает кинетическую энергию, а также придает шелку паука эластичность. Две другие области белка встроены в аморфную область. Обе эти области являются кристаллическими, что означает, что они очень прочные и сопротивляются растяжению. Одна из двух областей также жесткая. Менее жесткая кристаллическая часть белков перемещается вместе с аморфной частью. При этом кристаллы в жесткой области соединяются вместе с кристаллами в нежесткой области. Эта взаимосвязь позволяет жесткой кристаллической области двигаться вместе с аморфными областями без растяжения или разрыва. В результате паутина становится прочной, жесткой и эластичной одновременно.

Как делают паутину

Все виды пауков вытягивают шелк из специальных «фильер», расположенных на их брюшках. Прядильное устройство — это внешняя часть шелковой железы паука. Шелковые железы органически производят и хранят состояние «предшественника» шелка паука. Когда пауки потребляют белок, его часть расщепляется и перестраивается в компоненты-предшественники паучьего шелка. В исходном состоянии шелк паука представляет собой кристаллический жидкий гель. Чтобы преобразовать жидкость-предшественник в состояние шелка, она должна пройти через ряд каналов. Эти протоки соединяют фильеру с шелковой железой. Когда жидкий шелк проходит через эти протоки, клетки в протоках вытягивают из него воду. Когда обезвоженный жидкий шелк достигает фильерной железы, второй канал вводит в нее водород. Эта комбинация создает кислотную ванну внутри железы. Кислотная ванна превращает жидкий белок в гель. Затем паук протягивает этот гель через крошечное отверстие в фильере, заставляя его принимать чрезвычайно тонкую форму. Гель паучьего шелка застывает в твердую форму сразу после контакта с воздухом.

Для чего нужна паутина

Паутина — не единственное, для чего пауки используют свой шелк. На самом деле существует множество различных видов паучьего шелка. Каждый сорт имеет различную относительную прочность, эластичность, ударную вязкость и консистенцию. Большинство пауков могут сами производить несколько видов шелка, используя несколько разных фильер. Один паук может сделать до семи разных видов шелка! Все паутины на самом деле состоят из нескольких форм шелка, каждая из которых имеет свое структурное назначение. Существует семь типов фильерных желез и, следовательно, семь типов шелка. Они есть:

1. Большая ампульная железа фильера: передняя. Шелк: эта железа производит шелк «драглайн», который формирует внешний край и спицы паутины.
2. Жгутиковая железа фильера: задняя. Шелк: «липкий» или «жгутиковый» шелк, который пауки используют для создания липких спиральных рядов своей паутины.
3. Агрегатный сальник фильера: задняя. Шелк: «липкий» шелк, используемый для захвата живой добычи. Эта железа необычна тем, что вместе со своим шелком производит капли, похожие на клей.
4. Малая ампульная железа Прядильная фильера: срединная передняя. Шелк: основной шелк, который используется в качестве временных лесов при создании паутины.
5. Цилиндрический сальник Прядильная фильера: средняя задняя. Шелк: «трубчатый» шелк, который паук использует для создания защитных яичных мешочков.
6. Ациновидная железа Прядильная фильера: средняя задняя.