Kandidat fizičko-matematičkih nauka E. Lozovskaya
Možda pauci nisu najatraktivnija bića, ali njihovom stvaranju - webu - ne može se ne diviti. Sjetite se kako je fascinantan pogled geometrijska ispravnost najfinijih niti koje svjetlucaju na suncu, zategnutih između grana nekog grma ili među visokom travom.
Pauci su jedan od najstarijih stanovnika naše planete, koji su naselili zemlju prije više od 200 miliona godina. U prirodi postoji oko 35 hiljada vrsta paukova. Ova bića sa osam nogu, koja žive svugdje, prepoznatljiva su uvijek i svuda, uprkos razlikama u boji i veličini. Ali njihovo najvažnije odlikuje se sposobnost proizvodnje paukove svile, nenadmašne u čvrstoći od prirodnih vlakana.
Pauci koriste web u razne svrhe. Od nje prave kokose za jaja, grade skloništa za zimovanje, koriste ih kao "sigurnosno uže" pri skakanju, pletu zamršene mrežice za hvatanje i zamotaju ulovljeni plijen. Ženka, spremna za uparivanje, proizvodi paukovu liniju označenu feromonima, zbog koje mužjak, krećući se duž niti, lako pronalazi partnera. Mladi pauci neke vrste lete iz matičnog gnijezda na dugim nitima uhvaćenim u vjetru.
Pauci se hrane uglavnom insektima. Lovački uređaji koje koriste u dobivanju hrane dolaze u različitim oblicima i vrstama. Neki pauci jednostavno protežu nekoliko signalnih niti do svog skloništa i čim insekt dodirne nit, oni na njega pojure iz zasede. Ostali - nit bacite ljepljivom kapljicom na kraj naprijed, poput nekakvog lasora. No vrhunac dizajnerske aktivnosti pauka i dalje je okrugli okviri u obliku kotača smješteni vodoravno ili okomito.
Da biste sagradili mrežu za lov na kotačima, paukov krst, običan stanovnik naših šuma i vrtova, stvara prilično dugačku i izdržljivu nit. Povjetarac ili uzlazni tok zraka podiže nit gore, a ako je mjesto za izgradnju mreže odabrano dobro, prianja se za najbližu granu ili drugu podršku. Pauk se puže duž njega kako bi učvrstio kraj, ponekad postavljajući drugu nit za snagu. Zatim otpušta labavu nit i pričvršćuje trećinu na njenu sredinu, tako da je rezultat dizajn u obliku slova Y - prva tri radijusa veća od pedeset. Kad su radijalne niti i okvir spremni, pauk se vraća u središte i počinje postavljati privremenu pomoćnu spiralu - nešto poput "skele". Pomoćna spirala pričvršćuje strukturu i služi kao paukov put za izgradnju lovne spirale. Čitav glavni okvir mreže, uključujući radijuse, izrađen je od ljepljive niti, ali za lovačku spiralu koristi se dvostruki navoj obložen ljepilom.
Iznenađujuće, ove dvije spirale imaju različite geometrijske oblike. Vremenska spirala ima relativno malo okreta, a udaljenost između njih povećava se sa svakim okretajem. To se događa zato što se, polaganjem, pauk kreće pod istim uglom u polumjeru. Oblik rezultirajuće prekinute linije blizu je takozvane logaritamske spirale.
Ljepljiva lovačka spirala izgrađena je na drugačijem principu. Pauk započinje od ruba i kreće se ka sredini, održavajući isti razmak između zavoja, i dobiva se Arhimedova spirala. U isto vrijeme, grizu niti pomoćne spirale.
Arachnoidna svila proizvodi posebne žlijezde koje se nalaze u stražnjem dijelu paukova trbuha. Poznato je da najmanje sedam vrsta paučnih žlijezda proizvode različite žice, ali nijedna od poznatih vrsta pauka ne sadrži svih sedam vrsta odjednom. Pauk obično ima jedan do četiri para ovih žlijezda. Tkanje mreže nije brza stvar, a za izgradnju srednje lovne mreže potrebno je oko pola sata. Da biste se prebacili na proizvodnju različitog spleta (za lovačku spiralu), pauku je potreban trenutni predah. Pauci često upotrebljavaju mrežu, jedući ostatke lovačke mreže oštećene kišom, vjetrom ili insektima. Mreža se probavlja u njihovom tijelu uz pomoć posebnih enzima.
Struktura paukove svile savršeno je izrađena stotinama miliona godina evolucije. Ovaj prirodni materijal kombinira dva prekrasna svojstva - čvrstoću i elastičnost. Mreža paučina može zaustaviti insekta koji leti velikom brzinom. Navoj s kojeg pauci tkaju osnovu svoje lovačke mreže tanji je od ljudske dlake, a njegova specifična (tj. Izračunata po jedinici mase) vlačna čvrstoća veća je od čelika. Ako paukovu nit uspoređujemo sa čeličnom žicom istog promjera, one će izdržati približno istu težinu. Ali paukova svila je šest puta lakša, što znači i šest puta jača.
Poput ljudske dlake, ovčje vune i svilenih kokosa svilenih gusjenica, paučina se uglavnom sastoji od proteina. Što se tiče sastava aminokiselina, web proteini - speedroins - relativno su bliski fibroinima, proteinima koji čine svila proizvedena gusjenicama svilenih glista. Obe sadrže neuobičajeno visoke aminokiseline alanina (25%) i glicina (oko 40%). Područja proteinskih molekula bogata alaninom formiraju kristalne regije gusto nabijene u nabore, koje pružaju visoku čvrstoću, a one regije gdje ima više glicina više su amorfnog materijala koji se može dobro rastezati i time daje elastičnosti nitima.
Kako se formira takva nit? Na to pitanje još nema potpunog i jasnog odgovora. Naj detaljniji postupak predenja paukova proučavan je na primjeru ampule žlijezde pauka i papuča Nefila. Žlijezda u obliku ampule, koja proizvodi najviše izdržljivu svilu, sastoji se od tri glavna odjela: središnja vrećica, vrlo dugačak zakrivljeni kanal i cijev s ispustom. Male sferne kapljice koje sadrže dvije vrste molekula proteina spidroina izlaze iz stanica na unutrašnjoj površini vrećice. Ova viskozna otopina ulijeva se u repnu vreću, gde ostale ćelije izlučuju drugu vrstu proteina - glikoproteine. Zahvaljujući glikoproteinima, rezultirajuće vlakno poprima strukturu tečnog kristala. Tečni kristali su upadljivi po tome što s jedne strane imaju visoki stepen urednosti, a sa druge strane održavaju fluidnost. Kako se gusta masa kreće prema izlazu, dugi molekuli proteina se orjentiraju i postavljaju paralelno jedan prema drugom u smjeru osi vlakna koja se formira. U tom slučaju se među njima stvaraju intermolekularne vodikove veze.
Čovječanstvo je kopiralo mnoge dizajnerske nalaze prirode, ali tako složen postupak poput predenja weba još uvijek nije reproduciran. Naučnici sada pokušavaju riješiti ovaj težak zadatak uz pomoć biotehnoloških tehnika. Prvi korak je bio izolacija gena odgovornih za proizvodnju proteina koji čine mrežu. Ti su geni uneseni u stanice bakterija i kvasca (vidjeti Science and Life, br. 2, 2001). Kanadski genetičari otišli su još dalje - iznijeli su genetski modificirane koze čije mlijeko sadrži otopljene mrežne bjelančevine. Ali problem nije samo u dobivanju proteina paukove svile, potrebno je simulirati prirodni proces predenja. A naučnici tek moraju da nauče ovu lekciju prirode.
Kako pauci prave web
Veliki broj paučnih žlijezda koje se nalaze u trbušnoj šupljini pauka. Programi takvih žlezda otvaraju se u najmanje centrifugalne cevi koje imaju pristup završnom delu specijalnih bradavica pauka. Broj cijevi za predenje može se razlikovati ovisno o vrsti pauka. Na primjer, vrlo čest pauk ima petsto njih.
Zanimljivo je! Proizvodi tekuću i viskoznu sekreciju proteina u paukovim žlijezdama, čija je karakteristika sposobnost da se gotovo trenutno očvrsne pod utjecajem zraka i pretvori u tanka dugačka vlakna.
Postupak spinovanja weba sastoji se od pritiska bradavice od arahnoida na supstrat. Prvi, beznačajan dio izlučene tajne stvrdnjava i čvrsto se prianja na podlogu, nakon čega pauk crta viskoznu tajnu uz pomoć zadnjih nogu. U procesu uklanjanja pauka od mjesta pričvršćivanja mreže, izlučivanje proteina se proteže i brzo stvrdnjava. Do danas je poznato i prilično dobro proučeno sedam različitih vrsta paukovih žlijezda koje stvaraju različite vrste niti.
Sastav i svojstva weba
Paukova mreža je proteinski spoj koji sadrži i glicin, alanin i serin. Unutrašnji dio formiranih filamenata predstavljen je tvrdim kristalima proteina, čija veličina ne prelazi nekoliko nanometara. Kristali se kombiniraju koristeći vrlo elastične proteinske ligamente.
Zanimljivo je! Neobično svojstvo weba je njegova unutarnja artikulacija. Kada se objesi na paukovu mrežu, svaki se predmet može neograničeno rotirati, bez stvaranja uvijanja.
Primarne niti su isprepletene od pauka i postaju deblji paukova mreža. Pokazatelji čvrstoće mreže blizu su sličnih parametara najlona, ali mnogo su jači od tajne svilene bube. Ovisno o svrsi za koju se web koristi, pauk može izdvojiti ne samo ljepljiv, već i suhi konac, čija debljina uvelike varira.
Web funkcije i njegova svrha
Mreže pauci koriste u različite svrhe. Sklonište pleteno od izdržljivog i pouzdanog spleta omogućava vam stvaranje najpovoljnijih mikroklimatskih uvjeta za člankonožace, a služi i kao dobro zaklon kako od loših vremenskih prilika tako i od brojnih prirodnih neprijatelja. Mnogi člankonožaci su u stanju da pletu zidove svoje minice svojim pletenicama ili naprave posebna vrata u stan.
Zanimljivo je! Neke vrste koriste mrežu u obliku prijevoza, a mladi pauci napuštaju roditeljsko gnijezdo na dugim paukovim mrežama koje je vjetar pokupio i prenio na većim udaljenostima.
Najčešće, pauci koriste mrežu za tkanje ljepljivih mreža za hvatanje traka, što omogućuje efikasan ulov plijena i opskrbljivanje člankonožaca hranom. Ništa manje poznati nisu takozvani kokoši od jaja s interneta, unutar kojih se pojavljuju mladi pauci. Neke vrste tkaju zaštitne niti paučina koji štite člankonožac od pada tijekom skoka te se kreću ili hvataju plijen.
Web za reprodukciju
Za razdoblje uzgoja ženku karakterizira izbor pahuljica arahnoidnih vlakana, koji omogućuju pronalaženje optimalnog para za parenje. Na primjer, muškarci-tenetniks mogu izgraditi, pored mreža koje su stvorile ženke, minijaturne bračne paukove mreže, u koje su namamljeni pauci.
Muški paukovi pauci vješto pričvršćuju svoje vodoravne mrežice na radijalno raspoređene niti lovačkih mreža koje prave ženke. Izazivajući snažne paučine u mreži udovima, mužjaci izazivaju vibracije u mreži i, na tako neobičan način, pozivaju ženke na parenje.
Web za hvatanje plena
Da bi uhvatile svoj plijen, mnoge vrste pauka tkaju posebne lovačke mreže, ali za neke vrste karakteristična je upotreba osebujnih pauka i niti. Pauci koji vrebaju u rupama u kojima žive smještaju se signalne žice koje se protežu od trbuha člankonožaca do samog ulaza u njegovo sklonište. Kad plijen padne u zamku, oscilacija signalne niti odmah se prenosi na pauka.
Ljepljive snare-spirale izgrađene su na malo drugačijem principu.. Kad se stvori, pauk počinje tkati od ruba i postepeno se kreće do središnjeg dijela. U tom se slučaju nužno održava isti razmak između svih zavoja, zbog čega se dobiva takozvana "Arhimedova spirala". Navoj na pomoćnoj spirali posebno je pregrizo pauk.
Šta je web?
Pauci su jedan od najstarijih stanovnika planete, zbog svoje male veličine i specifičnog izgleda pogrešno ih smatraju insektima. U stvari, to su predstavnici artropodnog reda. Tijelo pauka ima osam nogu i dva dijela:
Za razliku od insekata, oni nemaju antene i vrat koji razdvaja glavu od grudi. Trbušnjak arachnid je vrsta web tvornice. Sadrži žlijezde koje proizvode sekrete, a sastoje se od proteina obogaćenog alaninom koji daje snagu, i glicina koji je odgovoran za elastičnost. Prema hemijskoj formuli, mreža je blizu svile insekata. Unutar žlijezda tajna je u tečnom stanju, a stvrdnjava u zraku.
Informacije. Svila gusjenica svilenih glista i paučina ima sličan sastav - 50% je protein fibroin. Naučnici su otkrili da je paukova nit mnogo jača od tajne gusjenice. To je zbog osobitosti formiranja vlakana.
Odakle dolazi paukova mreža?
Smješteni su izrasli člankonožaca - bradavice pauka. U svom gornjem dijelu otvaraju se kanali paučnih žlijezda koji čine niti. Postoji 6 vrsta žlijezda koje proizvode svilu za različite svrhe (pomicanje, spuštanje, uvrtanje plena, skladištenje jaja). Kod jedne vrste svi ovi organi se ne javljaju istovremeno, obično u pojedinim 1-4 para žlijezda.
Na površini bradavica nalazi se do 500 cijevi za predenje koje opskrbljuju izlučivanje proteina. Pauk vrti mrežu na sljedeći način:
- bradavice pauka pritisnute su na bazu (drvo, trava, zid, itd.),
- mala količina proteina ostaje na odabranom mjestu,
- pauk se odmiče, povlačeći nit sa stražnjim nogama,
- Za glavni posao koriste se dugačke i fleksibilne prednje noge, uz njihovu pomoć stvara se okvir suhih niti,
- Posljednja faza izrade mreže je stvaranje ljepljivih spirala.
Zahvaljujući zapažanjima naučnika, postalo je poznato odakle paukova mreža. Oslobađaju se pokretne uparene bradavice na trbuhu.
Zanimljiva činjenica. Mreža je vrlo lagana, težina niti koja bi omotala Zemlju na ekvatoru bila bi samo 450 g.
Kako izgraditi ribarsku mrežu
Vjetar je najbolji paukov pomagač u građevinarstvu. Uklonivši tanku nit s bradavice, arahnid ga zamjenjuje ispod struje zraka koji nosi smrznutu svilu na znatnu udaljenost. Ovo je tajni način na koji pauk tkne mrežu između stabala. Kopriva se lako steže za grane drveća, a koriste ga kao konop, arahnjad se kreće od mjesta do mjesta.
U strukturi weba pronalazi se određeni obrazac. Njegova osnova je okvir snažnih i debelih niti smještenim u obliku zraka koje se odvajaju od jedne točke. Polazeći od spolja, pauk stvara krugove, postepeno se krećući prema središtu. Začudo, bez ikakvih prilagodbi, on održava jednaku udaljenost između svakog kruga. Ovaj dio vlakana je ljepljiv i insekti će se u njemu zaglaviti.
Zanimljiva činjenica. Pauk jede i svoju mrežu. Naučnici nude dvije objašnjenja za tu činjenicu - na taj način nadoknađuje se gubitak bjelančevina prilikom popravljanja lovačke mreže ili pauk jednostavno pije vodu obješenu na svilene niti.
Složenost mrežnog uzorka ovisi o vrsti pauka. Donji člankonožci grade jednostavne mreže, a viši - složene geometrijske uzorke. Procijenjeno je da ženska križnica stvara zamku od 39 radijusa i 39 spirala. Pored glatkih radijalnih navoja, pomoćnih i lovačkih spirala, postoje signalne niti. Ovi elementi hvataju i prenose predatoru vibracije ulovljenog plena. Ako naiđe na strani predmet (granu, list), mali ga vlasnik odvoji i baci, a zatim obnovi mrežu.
Veliki drveni paučari vuku zamke promjera do 1 m. U njih ne padaju samo insekti, već i male ptice.
Koliko dugo pauk tkne mrežicu?
Predator troši na stvaranje otvorene zamke za insekte od pola sata do 2-3 sata. Njegovo vrijeme rada ovisi o vremenskim uvjetima i planiranoj veličini mreže. Neke vrste svakodnevno tkaju svilene niti, radeći ih ujutro ili navečer, ovisno o načinu života. Jedan od faktora za koliko pauk tkne mrežu, njegov izgled je ravan ili volumen. Flat je varijanta radijalnih niti i spirala, svima poznata, a volumetrijska je zamka iz snopa vlakana.
Uloviti plijen
Svi pauci su grabežljivci koji otrovima ubijaju svoj plen. U isto vrijeme, neki pojedinci imaju krhku tjelesnost i mogu postati žrtva insekata, na primjer, osa. Za lov im treba zaklonište i zamka. Ljepljiva vlakna obavljaju ovu funkciju. Oni zapleću plijen koji je upao u mrežu s kokonom niti i ostave ga sve dok ga ubrizgani enzim ne dovede u tekuće stanje.
Vlakna svilene arachnide su tanja od ljudske dlake, ali njihova je specifična zatezna čvrstoća uporediva sa čeličnom žicom.
Uzgoj
Tijekom parenja mužjaci pričvršćuju svoje žice na mrežu ženke. Udarajući ritmičke hitove na svilenim vlaknima obavještavaju potencijalnog partnera o svojim namjerama. Ženka koja prima udvaranje spušta se na područje mužjaka zbog parenja. U nekih vrsta ženka je pokretač potrage za partnerom. Odabire nit s feromonima zahvaljujući kojem je pauk pronalazi.
Dom za potomstvo
Kokosi za jaja tkani su iz svilene tajne pauka. Njihov broj, ovisno o vrsti člankova, je 2-1000 komada. Paukaste vrećice s jajima suspendirane su na sigurnom mjestu. Školjka kokosa je dovoljno jaka, sastoji se od nekoliko slojeva i impregnirana je tekućinom.
U njihovoj minici pauci opletaju zidove pahuljicama. Na taj se način stvara povoljna mikroklima, služi kao zaštita od vremenskih prilika i prirodnih neprijatelja.
Krećući se
Jedan je odgovor zašto pauk tkanje mreže - koristi niti kao vozilo. Da bi se kretao između drveća i grmlja, brzo razumio i pao, potrebna su mu jaka vlakna. Za letove na velikim udaljenostima, pauci se penju na uzvisine, puštaju mrežicu koja se brzo učvršćuje, a potom ga sa naletom vjetra odnose nekoliko kilometara. Najčešće se izleti rade u toplim, vedrim danima indijskog ljeta.
Zašto se pauk ne drži za mrežu?
Da ne bi pao u svoju zamku, pauk pravi nekoliko suhih niti za kretanje. Dobro poznajem zamršenosti mreža, sigurno je odabran za prijanjanje plijena. Obično u središtu ribarske mreže ostaje sigurno područje gdje predator čeka plijen.
Interes naučnika za interakciju pauka i njihovih lovačkih zamki pojavio se prije više od 100 godina. U početku im je sugerisano da na nogama imaju posebne masti kako bi spriječili prijanjanje. Nije pronađena nikakva potvrda teorije. Snimanje posebnom kamerom kretanje nogu pauka kroz vlakna iz smrznute tajne dalo je objašnjenje kontaktnog mehanizma.
Pauk se ne drži svoje mreže na tri načina:
- puno elastičnih vlasi na šapima smanjuje područje dodira sa ljepljivom spiralom,
- vrhovi paukovih nogu prekriveni su masnom tekućinom,
- kretanje se dešava na poseban način.
Koja je tajna strukture šape koja pomaže paučarkama da izbjegnu lijepljenje? Na svakoj nozi pauka nalaze se dva potporna kandže s kojima se hvata za površinu, te jedan fleksibilan kandž. Pri kretanju pritišće niti na fleksibilne dlake na stopalu. Kad pauk podigne stopalo, kandža se ispravlja, a dlačice odbacuju mrežu.
Drugo objašnjenje je nedostatak izravnog kontakta između nogu paučine i ljepljive kapi. Padaju na dlačice šapa, a zatim se lako odvode na nit. Koje god teorije smatraju zoolozi, činjenica da pauci ne postaju zarobljenici svojih ljepljivih zamki ostaje nepromijenjeno.
Mreže mogu koristiti i druge paprati, poput krpelja i lažnih škorpiona. Ali njihove se mreže ne mogu uporediti u snazi i vještom preplitanju s djelima pravih majstora - pauka. Moderna znanost još nije u stanju reproducirati mrežu sintetičkom metodom. Tehnologija izrade pauk svile ostaje jedna od misterija prirode.
Web za osiguranje
Pauci na konjima koriste paukove mreže kao osiguranje kada napadaju žrtvu. Pauci pričvršćuju sigurnosnu nit mreže na bilo koji predmet, nakon čega člankonožac skače na predviđeni plijen. Ista nit, pričvršćena na podlogu, koristi se za preko noći i osigurava člankonožaca od napada svih vrsta prirodnih neprijatelja.
Zanimljivo je! Južno ruske tarantule, napuštajući svoju kućnu rupu, povuku za sobom i najtanji pastuh koji vam omogućava da brzo nađete put natrag ili ulaz u sklonište.
Web kao prevoz
Do jeseni neke vrste pauka izlijevaju maloljetnike. Mladi pauci koji su preživjeli proces odrastanja pokušavaju se popeti što je više moguće koristeći ove svrhe drveće, visoke grmlje, krovove kuća i drugih zgrada, ograde. Nakon što čeka dovoljno jak vjetar, mali pauk oslobađa tanku i dugu paučinu.
Udaljenost kretanja izravno ovisi o duljini takve transportne mreže. Nakon što je čekao dobru napetost paukova, pauk se ugrize za kraj, i kreće vrlo brzo. "Putnici" su u pravilu u stanju da lete nekoliko kilometara na mreži.
Srebrni pauci, mreža se koristi kao transport za vodu. Za lov u akumulacijama, ovaj pauk traži disanje atmosferskog zraka. Kada se spušta na dno, člankonožac je sposoban za hvatanje dijela zraka, a na vodenim biljkama je s mrežice konstruirano posebno zračno zvono, koje drži zrak i omogućuje pauku da lovi svoj plijen.
Okrugla paukova mreža
Ova verzija weba izgleda neobično lijepo, ali predstavlja smrtonosni dizajn. U pravilu se okrugla mreža visi u vertikalnom položaju i ima dio ljepljivih niti, što ne omogućuje insektu da izađe iz njega. Tkanje takve mreže vrši se u određenom slijedu. U prvoj fazi izrađuje se vanjski okvir nakon kojeg se od središnjeg dijela do ivica polažu radijalna vlakna. Na samom kraju su tkane spiralne niti.
Zanimljivo je! Okrugla mreža srednje veličine ima više od hiljadu točaka veze, a za njezinu izradu je potrebno više od dvadeset metara paukove svile, što dizajn čini ne samo vrlo laganim, već i nevjerojatno izdržljivim.
Informacije o prisutnosti plijena u takvoj zamci idu "lovcu" pomoću posebno tkanih signalnih niti. Pojava bilo kakvih praznina u takvoj mreži prisiljava pauka na tkanje nove mreže. Stari mrežar obično jedu člankonožci.
Čvrsta mreža
Ova vrsta mreža tipična je za nefilne pauke, koji su rasprostranjeni u jugoistočnoj Aziji. Lovačke mreže koje su izgradile često dosežu promjer od nekoliko metara, a njihova snaga olakšava potporu težine odrasle osobe.
Takvi pauci uhvaćaju u svojoj čvrstoj mreži ne samo obične insekte, već i neke male ptice. Kako pokazuju rezultati istraživanja, pauci ove vrste mogu dnevno proizvesti oko tristo metara paukove svile.
Spider web viseća mreža
Mali, okrugli „pauci od novčića“ tkaju jednu od najkompleksnijih paukovih mreža. Ovi člankonožaci tkaju ravne mreže na kojima se pauk smješta i čeka svoj plijen. Od glavne mreže gore-dolje odlaze posebne okomite niti koje se pričvršćuju na obližnju vegetaciju. Svi leteći insekti brzo se zapetljaju u vertikalno utkane niti, a zatim padaju na ravni pajdaš.
Ljudska upotreba
Čovječanstvo je kopiralo mnoge konstruktivne prirodne nalaze, ali tkanje weba je vrlo složen prirodni proces i trenutno ga nije moguće kvalitativno reproducirati. Trenutno naučnici pokušavaju obnoviti prirodni proces koristeći biotehnologiju koja se temelji na izolaciji gena koji su odgovorni za reprodukciju proteina koji čine mrežu. Takvi geni se uvode u ćelijski sastav bakterija ili kvasca, ali modeliranje samog procesa predenja trenutno je nemoguće.
Urednik
Članak za konkurs "bio / mol / text": Web je jedno od nevjerojatnih tehnoloških otkrića prirode. U članku se govori o mogućnostima upotrebe weba za izradu medicinskih preliva. Autor dijeli svoje iskustvo u povećanju "produktivnosti" pauka i u odabiru optimalnih uvjeta za njihov sadržaj.
Bilješka!
Taj je rad objavljen u nominaciji "Vlastiti rad" na konkursu "bio / mol / tekst" -2015.
Od urednika
Biomolekula visoko cijeni radoznalost i interes za izum. Izumitelj Jurij Ševnin po drugi put u takmičenju za bio / tržnicu / tekst dijeli svoje ideje i nalaze sa publikom našeg portala. Urednici su impresionirani autorovim kreativnim pristupom i željom da dijele znanje s drugima, međutim, mora se imati na umu da ovaj članak nije stroga znanstvena studija, a novi medicinski preljevi koji su u njemu opisani i dalje zahtijevaju testiranje na mogućnost upotrebe u kliničkoj praksi.
Pokrovitelj nominacije „Najbolji članak o mehanizmima starenja i dugovječnosti“ je Fondacija Science for Life. Sponzor nagrade za izbor publike bio je Helicon.
Pokrovitelji konkursa: Laboratorija za biotehnološka istraživanja i vizuelne nauke Studio za naučnu grafiku, animaciju i modeliranje.
Ušao sam u sljedeću sobu, gdje su zidovi i plafon bili potpuno prekriveni kaldrmom, osim uskog prolaza za izumitelja. Čim sam se pojavio na vratima, potonji je glasno povikao da budem pažljiviji i ne kidajući mu mrežu. Počeo se žaliti na fatalnu grešku koju je svijet do sada činio, koristeći se radovima svilenih glista, dok smo uvijek pri ruci puno insekata beskrajno superiornih ovim crvima, jer su nadareni kvalitetama ne samo predionica, već i tkalaca. Nadalje, izumitelj je naznačio da bi zbrinjavanje pauka u potpunosti uštedjelo na trošenju tkanina, a ja sam se u to sasvim uvjerio kada nam je pokazao puno lijepih raznobojnih muha kojima se hrane pauci i boju koje će, uvjeren je, trebala prenijeti na pređu koju je napravio pauk. A budući da je imao muhe svih boja, nadao se da će udovoljiti svačijim ukusima čim je uspio pronaći odgovarajuću hranu za muhe u obliku gume, ulja i drugih ljepljivih tvari i na taj način dao veću gustoću i čvrstoću paunovim mrežama.
D. Swift
Gulliverova putovanja. Putovanje u Laputa (1725)
Web medicinski preljevi
Zbog činjenice da je doniranje skupo područje lijeka s velikim brojem ograničenja, naučnici i liječnici širom svijeta rade na razvoju alternativnih metoda za popravljanje štete na ljudskom tijelu. Istovremeno, široka upotreba mikroorganizama otpornih na lijekove, prisustvo toksičnih, alergenih i drugih nuspojava na antibiotike i hemoterapijska sredstva diktiraju potrebu traženja novih netoksičnih lijekova s antimikrobnim učinkom i stimulativnim učinkom na procese oporavka. Slična svojstva mogu se obdariti, na primjer, pregradama i zavojima protiv opekotina. Opekotine su jedna od najčešćih traumatičnih povreda na svijetu. U Rusiji se svake godine registruje više od 600 hiljada opekotina. Po broju smrtnih slučajeva opekotine su druge samo povrede zadobijene u saobraćajnim nesrećama.
* - O nekim drugim izvanrednim svojstvima weba, "Biomolecule" je rekao ranije: "Pametni web ljepilo» . - Ed.
Slika 1. Web Linothele megatheloides pod mikroskopom
Prema elektronskoj mikroskopiji, matrice izrađene od svilenog fibroina i rekombinantnog spidroina (mrežni protein) razlikuju se u parametrima pora. Zidovi pora u matricama s fibroinom imaju jednoliku strukturu s ljuskavom hrapavom površinom, dok matrice speedroina imaju labavu strukturu s perforiranom površinom. Unutrašnja nanoporozna struktura matriksa rekombinantnog spidroina objašnjava njegovu sposobnost da formira povoljnije mikro okruženje za regeneraciju tkiva u tijelu. Međusobna povezanost struktura preduvjet je za ravnomjernu raspodjelu stanica i efikasnu klijavost tkiva in vivo, jer pospješuje aktivnu razmjenu plina, isporuku hranjivih sastojaka i pravilan metabolizam.
Ovo zadivljujuće svojstvo weba poznato je već duže vrijeme. U narodnoj medicini postoji takav recept: na ranu ili abraziju mogu se pričvrstiti mrežica kako bi se zaustavila krv, pažljivo ga očisteći zaglavljenim insektima i malim grančicama.
Mreža ima hemostatski učinak i ubrzava zarastanje oštećene kože. Hirurzi i transplantolozi mogli bi ga koristiti kao materijal za šivanje i jačanje implantata, kao i okvir za uzgoj umjetnih organa. Na primjer, ako mrežasti okvir mreže impregniran otopinom matičnih ćelija, brzo će se iskorijeniti na njemu, krvne žile i živci će se proširiti do stanica. Sama mreža na kraju će se rastopiti bez traga. Korištenjem weba možete značajno poboljšati svojstva mnogih materijala koji se trenutno koriste u medicini. Na primjer, mreža ima elektrostatički naboj koji pomaže paucima da privuku svoj plijen. Ovo web punjenje također se može koristiti kao dio medicinskih preliva. Mreža je negativno nabijena, a oštećeno područje tijela pozitivno. Dakle, kad rana djeluje na mreži, uspostavlja se električna ravnoteža, što pozitivno utječe na proces ozdravljenja. Prevlake s paučinom uslijed elektrostatičke interakcije s ranom izvlače mikroorganizme iz nje i drže ih unutar samog zavoja, sprečavajući da se razmnožava.
Sastav weba uključuje tri tvari koje doprinose njegovoj dugovječnosti: pirolidin, kalijum hidrogenfosfat i kalijev nitrat. Pirolidin snažno apsorbuje vodu, ova supstanca sprečava sušenje pahuljica. Kalijum hidrogen fosfat čini mrežu kiselom i sprečava rast gljivica i bakterija. Niski pH uzrokuje denaturaciju proteina (čini ih nerastvorljivom). Kalijum nitrat inhibira rast bakterija i gljivica.
Zavoj s mrežice omogućava odljev eksudata i mikroorganizama iz rane s površine rane, inhibira patogenu mikrofloru i ima antiedematozne i protuupalne učinke. Impregnirana anestetikom, anestezira, stvarajući optimalne uvjete za proces ozdravljenja.
Istorija veb produkcije
Glavni problem zbog široke uporabe proizvoda koji sadrže paučine je poteškoća u industrijskom obimu. Stotinama godina u Evropi ljudi pokušavaju da naprave farme za pauk svile. U ožujku 1665. livade i ograde u blizini njemačkog Merseburga bile su prekrivene nevjerovatnom količinom mreže nekih paukova, a od nje su žene okolnih sela izrađivale vrpce i druge ukrase.
1709. Vlada Francuske zatražila je od prirodnog naučnika Renea Antoinea de Reaumura da nađe zamjenu za kinesku svilu i pokuša koristiti web za odjeću.Skupio je mrežu paukovih kokona i pokušao napraviti rukavice i čarape, ali nakon nekog vremena odustao je od ovog poduhvata zbog nedostatka materijala, čak i da bi proizveo jedan par rukavica. Izračunao je: potrebno je obraditi 522–663 pauka kako bi se dobio jedan kilogram paukove svile. A za industrijsku proizvodnju bit će potrebne horde paukova i oblaka muha koje će ih hraniti - više nego muva širom Francuske. "Međutim," napisao je Reaumur, "s vremenom je moguće pronaći pauke koji proizvode više svile nego oni koji se obično nalaze u našoj državi."
Našli su takve pauke - bili su pauci roda Nefila. Nedavno je s njihovog weba tkao omot težak više od kilograma. Tamo gdje žive ovi divni pauci - u Brazilu i na Madagaskaru - mještani koriste paunove mreže da naprave pređu, šalove, omote i mrežice, vadeći kokoši jaja iz grmlja ili ih odvijaju. Ponekad se nit povuče izravno s pauka, koji je posađen u kutiji - od njega strši samo vrh njegovog trbuha s bradavicama od pauka. Od bradavica povucite niti niti.
Koristeći različite metode i od različitih pauka, eksperimentatori su, na primjer, dobili niti ove dužine: 1) dva sata od 22 pauka - pet kilometara, 2) nekoliko sati od jednog pauka - 450 i 675 metara, 3) za devet „odmotavanja“ jednog pauka u roku od 27 dana - 3060 metara. Opat Camboue istražio je mogućnosti madagaskarskih pauka Goleba punctata: toliko je poboljšao svoj posao da je „pauke“ uživo u malim ladicama „spojio“ direktno na tkalački stroj posebnog tipa. Alatna mašina izvukla je niti iz pauka i odmah je od njih tkala najfinija tkanina. Pauci Goleba punctata pokušali su se aklimatizirati u Francuskoj i u Rusiji, ali od toga nije ništa. U širokoj web proizvodnji Nefila jedva ikad: za sadržaj Nefila ili poljoprivrednicima trebaju posebne farme, iako se ljeti mogu držati na loži ili balkonu. Da bi se riješio ovaj stoljetni problem, potreban je moderan integrirani pristup i stvaranje optimalnih uvjeta za paukove i insekte koji su što bliži prirodnim.
Povećana web produkcija
Slika 7. Dizajn farme pauka Linothele megatheloides.
Kako bi povećali web proizvodnju i isključili bolesti žive hrane (žohari i cvrčci), insekti dobijaju dodatak prehrani u obliku hranjivog medija - dodatni izvor proteina i vitamina koji sadrže micelarnu biomasu otpada penicilina i streptomicina, kao i dehidriranu bardu - iz otpadnog pivskog kvasca . Hranjiva podloga se skladišti do dvije godine na temperaturi od +5 ° C. Kako bi se prehranili insekti, sitno sjeckana mrkva i kupus ispuštaju se u zdrobljeni hranjivi medij. Na takvim hranidbama žohari i cvrčki se ne razbole, brzo rastu i množe se. U isto vrijeme, pauci povećavaju web proizvodnju za 60%. Korištenje micelarne prehrane omogućuje vam da stimulirate reprodukciju pauka i dobijete mrežu u najvećim mogućim količinama. Pretraživanje dodataka prehrani za povećanje raznolikosti prehrane pauka nastavit će se. Za stvaranje farme za prikupljanje web stranica predlaže se dizajnerski projekt u obliku okruglog šatora promjera 12 m sa zateznim premazom, sličnog radu na mreži.
Razvojem ovog ekološki prihvatljivog načina stvaranja medicinskih preliva i zavoja mogući su eksperimenti za razvoj produktivnijih hibrida porodica pauka. Dipluridae. Intraspecifična hibridizacija, selekcija i posebna prehrana u ugodnim uvjetima ne isključuju genetske eksperimente kako bi se povećala veličina pauka. Iako to nitko ne radi, a u društvu pojedinačnih uzgajivača pauka, ova tema je tabu.
Moguće je proizvesti mlijeko uz pomoć gljivica i bakterija - ali zašto, kad ima krava? Mreža je u strukturi mnogo složenija od proteinske strukture mlijeka. Stoga se evolucija pauka može povući za svako pretraživanje sintetskih analoga weba. Nove vrste dobivene genetskom modifikacijom i uzgojem rade s obitelji Dipluridae povećat će veličinu pauka i njihovu paukovu produktivnost za proizvodnju odjeće. Tkanje se može tretirati silikonom i tkaninom za gornju odjeću jedinstvenih svojstava. Takva tkanina neće koštati više od svile.
Zaključak
Opisani istraživački rad čini osnovu novog tipa stočarstva. Na temelju toga moguće je skalirati proizvodnju weba po niskoj cijeni, a to znači i komercijalizirati. Potražnja tržišta za bioresorbabilnim zavojima za rane je 400 tisuća dm 2 / godišnje. Predviđeni kapacitet tržišta u ovom segmentu je 150 miliona dolara.
Projekt se može smanjiti i povećanjem proizvodnje, ali i stvaranjem mini farmi za proizvodnju weba. Za ovu tehnologiju nije potrebna sofisticirana oprema, visoke temperature, visoki pritisci i toksični materijali. Trenutno se, na primjer, pčelarstvom bavi oko 5 hiljada gazdinstava i 300 hiljada pčelara amatera, poljoprivrednika i individualnih poduzetnika. Ne mogu svi konzumirati med, a medicinski preljevi ili flasteri s paučinama biće korisni svima. Dok će se tehnologija razvijati i certificirati, možemo svima ponuditi uzgoj pauka i samostalno prikupljanje paukova. Za sterilizaciju možete koristiti ultraljubičastu lampu. Da biste sebi osigurali dva kvadratna metra mreže, potreban vam je jedan spremnik sa ženkom Linothele megatheloides i dva meseca. Ženski Linothele megatheloides živi 10 godina. Na vrtnu parcelu možete staviti zagrijanu paukinju dimenzija 3 do 6 metara, s dvije sobe. U jednom možete sakupljati sirovine, a u drugom praviti pastuhe, tkati posteljinu i šivati odjeću. Iz takve mini-tvornice jednostavno nema otpada.
Slika 8. Mini uzgajalište Linothele megatheloidesskupljaju svoje mreže i prave odjeću u vrtu.
Od starih školjki koje je pauk odstranio tijekom lijevanja mogu se načiniti suveniri i nakit lijevanjem polimernom smolom. Otrov se može izvući iz glave mrtvih pauka za proizvodnju lijekova *. Ozlijeđeni i bolesni dobit će novi lijek - prirodnu „kožu“ - i svako može stvoriti takvu mini produkciju.
Autor neće dobiti patente i potvrde o istraživačkoj temi, jer želi da ta saznanja budu dostupna svima.
* - A može biti sjajno mnogo ovih lijekova (posebno analgetika) - usprkos jedinstvenoj riječi "otrov": otrov jednog pauka može sadržati stotine toksičnih komponenti potpuno različite kemijske prirode. O bibliotekama toksina od pauka govori članak "Veliki kombinator nikad nije sanjao» . - Ed.
Tajna paukovih žlijezda
Arahnologisti su otkrili da je paukova mreža uzeta sa trbuha, odakle paučne žlijezde odlaze. Na njemu su 6 paukovih bradavica na kojima se nalaze predenje cijevi. Svaka vrsta ima različit broj njih. Križ ima 600 kanala.
Tajna tečne i viskozne konzistencije sastoji se od proteina. Pomaže da vlakna trenutno očvrsnu vodu izlaganjem protoku zraka. Vretenaste cevi, gde tajna izlazi, stvaraju je u obliku najtanje niti. Po kemijskom sastavu i fizikalnim svojstvima blizu je svilenih svilenih svila, ali paukova mreža je jača i bolje se proteže.
Kristali proteina su uključeni u njegov hemijski sastav. Kad grabežljivac plete mrežu, visi o njemu. Ako se objesio objekt na paukovom vlaknu i zakrenuo ga beskonačno mnogo puta u istom smjeru, neće se uviti i neće stvoriti reakcijsku silu.
Pauk, poput tkanja mreže, pojede ga sa žrtvom za 1-2 sata. Neki naučnici vjeruju da oni tako nadoknađuju izgubljeni protein u tijelu, dok drugi vjeruju da je životinja iz člankonoga zainteresirana za vodu, koja ostaje u obliku rose ili oborina.
Web za jedan sat
Koliko vremena je potrebno za pletenje zamke za obradu ovisi o vremenskim uvjetima i željenoj veličini. Mala mreža po lijepom vremenu bit će ispletena za sat vremena, a najveće veličine pauk će provesti 2-3 sata. Postoje vrste koje tkaju vlakna svaki dan - ujutro ili uveče. Ovo im je glavna aktivnost, pored lova.
Postupak stvaranja paukove mreže:
- pauk pritiska bradavice na željeno mjesto (drvo, grana, zid),
- tajna se zalijepi za bazu
- grabežljivac se odmakne od mjesta prijanjanja i ispruži nit na vjetru zadnjim udovima,
- grabežljivac obavlja posao s dugim prednjim udovima, što čini okvir osušenih niti,
- nakon tkanja formira ljepljive spirale.
U izgradnji zamki važna uloga se daje vetru. Nakon što grabežljivac izvadi konac, on ga pruža pod strujom zraka. Vjetar nosi svoj kraj na malu udaljenost. Predator koristi paučinu kao predmet kretanja. Ova metoda pomaže pašnjacima da grade zamke između drveća i u visokoj travi.
Lov na plen
Izgradnja mreža za hvatanje plena jedan je od razloga zašto pauci trebaju napraviti mrežu. Njegova sposobnost imobilizacije žrtve ovisi o strukturi weba. Neke su vrste predatori toliko male da same postaju plijen velikim insektima. Otrov koji je pauk uneo u telo žrtve ne deluje odmah. Kako spriječi plijen da pobjegne, predator ga uzima i zamota u vlakno nakon čega čeka da plijen pređe u tekuće stanje.
Ako usporedimo mrežu i ljudsku kosu, prva će biti suptilnija. Po snazi je uporediva sa čeličnom žicom.
Privlačenje muškaraca
Neke vrste ženki arahnide izdvajaju paukovu tajnu feromonima tokom sezone uzgoja. Ova "taga" privlači mužjaka. Većina vrsta formira signalna vlakna, ali za neke inicijativa dolazi od mužjaka.
U potrazi za ženskom jedinkom za razmnožavanje, mužjaci tkaju spermatičnu mrežicu na kojoj se prvo izolira kap sjemenske tekućine. Da bi privukli ženke, mužjaci pričvršćuju svoje žice na mrežu ženke i pokreću je. Pa joj kažu o svrsi boravka. Za parenje ženka odlazi u muški prostor pauka.
Odvlačenje predatora
Orbiti moljaca stvaraju uznemirujuće imitacije mreža lijepljenjem koprive lišća i grančica. Na njihov web mjesto postavljaju "snager" koji pokušavaju dovesti lažljivca. Životinja se skriva nedaleko od lutke i povlači konce, praveći varljive pokrete s njima.
Prvi put je u amazonskim šumama bio otkrio pauk koji je sposoban da napravi svoj duplik, biolog Phil Torres. Naišao je na mrežu s čudnim, po njegovom mišljenju paukom. U početku je biolog odlučio da je mrtav, ali približivši se, otkrio je da je to vješto napravljena kopija listova. Kreator mamca čekao je plen na drugom mjestu.
Paukov kokon
Iz tajne paučnih žlijezda predatori tkaju kokone za potomstvo. Brojka doseže 100 komada, ovisno o plodnosti ženke. Kokosi sa ženskim jajima suspendirani su na sigurnom mjestu. Školjka kokona formirana je od 2-3 sloja i impregnirana je posebnom tajnom koja lijepi sve njene dijelove.
Ako je potrebno, ženke prenose kokon s jajima na drugo mjesto. Pričvršćuje se na centrifugirajući organ na trbuhu. Ako kokon pogledate u približnom obliku, on podsjeća na lopticu za golf. Jaja pod gustim slojem vlakna izbočuju i formiraju tubercles. Kokoni za potomstvo koriste se čak i one vrste grabežljivaca koji love i nikad ne tkaju pauke.
Zaštitni mehanizam na ulazu u otvor
Burne vrste grabežljivaca kopale su utočište u zemlji i pletale mrežu njegovih zidova. Koriste ga za jačanje tla, što pomaže u zaštiti rupa od nepovoljnih vremenskih uvjeta i prirodnih protivnika.
Funkcije weba tu ne završavaju, člankonožac ga koristi kao:
- Prijevozno sredstvo. Mobilni predator koristi ga kao vozilo. Uz njegovu pomoć može se brzo kretati između drveća, grmlja, lišća pa čak i zgrada. Koristeći paukovu mrežu, pauci se kreću nekoliko kilometara od mjesta polaska. Penjaju se na visinu, oslobađaju trenutno učvršćujuća vlakna i nose ih struja zraka.
- Osiguranje. Pauci na konjima tkaju otvorenu tkaninu kako bi se osigurali za vrijeme lova na žrtvu. Oni su fiksirani nitima do osnove predmeta i čine skok do plena. Neke vrste pauka, da ne bi izgubile svoju rupu, ispruže vlakno iz nje pri izlasku i vraća se natrag duž njega.
- Podvodna skloništa. Oni su stvoreni samo od vrsta koje žive u vodi. Zna se zašto im treba paučina kada grade podvodne rupe - osigurat će zrak za disanje.
- Stabilnost na sklizavim površinama. Ovu funkciju koriste sve vrste tarantula - ljepljivi materijal na šapima pomaže im da ostanu na sklizavoj površini.
Neke se vrste bez tkanja pauka, samo lovi. No mnogima je ona pomoćnica u procesu preživljavanja.
Zašto se ne drže?
Da bi se mirno kretao oko zamke i ne postao žrtva, pauk proširuje suhe niti bez ljepljive supstance. Vodio se u izgradnji, tako da zna koji je dio vlakana namijenjen proizvodnji, a koji za njega sigurno. Čeka žrtvu u centru zgrade.
Dodatni faktori koji pomažu pauku da se ne drži vlastitog weba:
- vrhovi šapa predatora su podmazani
- na njegovim udovima ima mnogo dlaka koje smanjuju područje dodira sa ljepljivim nitima,
- kreće se na poseban način.
Moderni naučnici još nisu naučili kako umjetno stvoriti web. Ali pokušaji izrade točne kopije se nastavljaju. Genetika iz Kanade uzgajala je umjetnu metodu koza, čije mlijeko sadrži protein pauka. Kao što pauk pravi mrežu, tehnologija njegovog tkanja je misterija prirode koju nisu riješili najveći umovi.
Priroda se pobrinula za postojanje pauka i dala im sposobnost da vješto tkaju mrežu. Ona im pomaže da dobiju hranu, štite svoje potomstvo i svoje domove i koriste je za pomicanje. Otvorena zamka budi zanimanje širom svijeta za njenu misteriju i nemogućnost umjetne reprodukcije. Svaka vrsta paučine uzrokuje najdublje zanimanje i udara specifičnim osobinama.