Загадки паутины. Как и почему паук плетет свою паутину Использование паутины человеком
Кандидат физико-математических наук Е. Лозовская
Наука и жизнь // Иллюстрации
Клейкое вещество, покрывающее нить ловчей спирали, равномерно распределяется по паутине в виде капелек-бусинок. На снимке показано место присоединения двух фрагментов ловчей спирали к радиусу.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Начальные этапы построения ловчей сети пауком-крестовиком.
Логарифмическая спираль приближенно описывает форму вспомогательной спиральной нити, которую прокладывает паук при строительстве колесовидной ловчей сети.
Спираль Архимеда описывает форму клейкой ловчей нити.
Зигзагообразные нити - одна из особенностей тенет пауков рода Argiope.
Кристаллические области шелкового волокна имеют складчатую структуру, наподобие той, что изображена на рисунке. Отдельные цепи соединены водородными связями.
Юные паучки-крестовики, только что выбравшиеся из паутинного кокона.
Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут сетку из паутины между своих ног и затем набрасывают ее на жертву.
Паук-крестовик (Araneus diadematus) известен своим умением плести большие колесовидные ловчие сети.
Некоторые виды пауков пристраивают к круглой ловушке еще и длинную "лестницу", которая существенно повышает эффективность охоты.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Так выглядят под микроскопом паутинные трубочки, из которых выходят нити паутинного шелка.
Возможно, пауки - не самые привлекательные создания, но их творение - паутина - не может не вызывать восхищения. Вспомните, как завораживает взгляд геометрическая правильность переливающихся на солнце тончайших нитей, растянутых между ветвями кустарника или среди высокой травы.
Пауки - одни из древнейших обитателей нашей планеты, заселившие сушу более 200 миллионов лет назад. В природе насчитывается около 35 тысяч видов пауков. Эти восьминогие существа, обитающие повсеместно, узнаваемы всегда и всюду, несмотря на различия в окраске и размерах. Но самая главная их отличительная особенность - это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно.
Пауки используют паутину для самых разных целей. Они делают из нее коконы для яиц, строят убежища для зимовки, используют в качестве "страховочного каната" при прыжках, плетут замысловатые ловчие сети и заворачивают пойманную добычу. Готовая к спариванию самка производит паутинную нить, помеченную феромонами, благодаря чему самец, двигаясь вдоль нити, легко находит партнершу. Молодые пауки некоторых видов улетают из родительского гнезда на длинных нитях, подхваченных ветром.
Питаются пауки в основном насекомыми. Ловчие приспособления, которыми они пользуются для добывания пищи, бывают самых разных форм и видов. Некоторые пауки просто протягивают несколько сигнальных нитей рядом со своим убежищем и, как только насекомое задевает за нить, бросаются на него из засады. Другие - выбрасывают нить с клейкой каплей на конце вперед, как своеобразный аркан. Но вершина конструкторской деятельности пауков - это все-таки круглые колесовидные тенета, расположенные горизонтально или вертикально.
Чтобы построить колесовидную ловчую сеть, паук-крестовик, обычный обитатель наших лесов и садов, выпускает довольно длинную прочную нить. Ветерок или восходящий поток воздуха поднимает нить вверх, и, если место для постройки паутины выбрано удачно, она цепляется за ближайшую ветку или другую опору. Паук проползает по ней, чтобы закрепить конец, иногда прокладывая для прочности еще одну нить. Затем он выпускает свободно свисающую нить и к ее середине прикрепляет третью, так что получается конструкция в форме буквы Y - первые три радиуса из более чем полусотни. Когда радиальные нити и рама готовы, паук возвращается в центр и начинает прокладывать временную вспомогательную спираль - что-то вроде "строительных лесов". Вспомогательная спираль скрепляет конструкцию и служит пауку дорожкой при построении ловчей спирали. Весь основной каркас сети, включая радиусы, делается из неклейкой нити, а вот для ловчей спирали используется двойная нить, покрытая клеящим веществом.
Удивительно то, что эти две спирали имеют разную геометрическую форму. Временная спираль имеет относительно мало витков, и расстояние между ними с каждым витком увеличивается. Происходит это потому, что, прокладывая ее, паук движется под одинаковым углом к радиусам. Форма получившейся ломаной линии близка к так называемой логарифмической спирали.
Липкая ловчая спираль строится по другому принципу. Паук начинает с края и продвигается к центру, сохраняя одинаковое расстояние между витками, и получается спираль Архимеда. При этом он обкусывает нити вспомогательной спирали.
Паутинный шелк производится особыми железами, расположенными в задней части брюшка паука. Известно по крайней мере семь типов паутинных желез, производящих разные нити, но ни у одного из известных видов пауков не встречаются все семь типов сразу. Обычно у паука от одной до четырех пар этих желез. Плетение паутины дело не быстрое, и на построение ловчей сети среднего размера уходит примерно полчаса. Чтобы переключиться на производство паутины другого вида (для ловчей спирали), пауку требуется минутная передышка. Пауки часто используют паутину повторно, съедая остатки ловчей сети, поврежденной дождем, ветром или насекомыми. Паутина переваривается в их организме с помощью специальных ферментов.
Структура паутинного шелка идеально отработана за сотни миллионов лет эволюции. Этот природный материал сочетает в себе два чудесных свойства - прочность и эластичность. Сеть из паутины способна остановить насекомое, летящее на полной скорости. Нить, из которой пауки плетут основу своей ловчей сети, тоньше человеческого волоса, а ее удельная (то есть пересчитанная на единицу массы) прочность на разрыв выше, чем у стали. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутинный шелк в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее.
Подобно человеческому волосу, шерсти овцы и шелку коконов гусеницы шелкопряда, паутина состоит в основном из белков. По аминокислотному составу белки паутины - спидроины - относительно близки к фиброинам, белкам, из которых состоит шелк, вырабатываемый гусеницами шелкопряда. И те и другие содержат необычно много аминокислот аланина (25%) и глицина (около 40%). Участки белковых молекул, богатые аланином, образуют плотно упакованные в складки кристаллические области, обеспечивающие высокую прочность, а те участки, где больше глицина, представляют собой более аморфный материал, способный хорошо растягиваться и тем самым придающий нити эластичность.
Как же образуется такая нить? На этот вопрос пока нет полного и ясного ответа. Наиболее подробно процесс прядения паутины был изучен на примере ампуловидной железы паука-кругопря да Nephila clavipes. Ампуловидная железа, производящая самый прочный шелк, состоит из трех основных отделов: центрального мешочка, очень длинного изогнутого канала и трубочки с выходным отверстием. Из клеток на внутренней поверхности мешочка выходят маленькие сферические капельки, содержащие молекулы белка спидроина двух типов. Этот вязкий раствор перетекает в хвостовую часть мешочка, где другие клетки выделяют белки другого типа - гликопротеины. Благодаря гликопротеинам образующееся волокно приобретает жидкокристаллическую структуру. Жидкие кристаллы замечательны тем, что, с одной стороны, они имеют высокую степень упорядоченности, а с другой - сохраняют текучесть. Пока густая масса движется к выходному отверстию, длинные молекулы белков ориентируются и выстраиваются параллельно друг другу в направлении оси формирующегося волокна. При этом между ними образуются межмолекулярные водородные связи.
Человечество скопировало многие из конструкторских находок природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью биотехнологических приемов. Первым шагом стало выделение генов, ответственных за производство белков, из которых состоит паутина. Эти гены были внедрены в клетки бактерий и дрожжей (см. "Наука и жизнь" № 2, 2001 г.). Канадские генетики пошли еще дальше - они вывели генетически модифицированных коз, молоко которых содержит растворенные белки паутины. Но проблема не только в том, чтобы получить белок паутинного шелка, необходимо смоделировать природный процесс прядения. А этот урок природы ученым еще предстоит выучить.
Пояснение причин и соответствующее обсуждение вы можете найти на странице Википедия:К удалению/16 июня 2017 .
|
Юлия Михайлова - Гертруда, подруга, а с 4 сезона - жена Туманова (погибла от удара кастетом по голове в 12 серии 5 сезона)
Марина Вайнбранд - Марина Соломатина, капитан/младший советник юстиции, следователь прокуратуры/следственного комитета, бывшая девушка Туманова, ждёт от него ребёнка
Ксения Дементьева - Наталья Марецкая, жена Грекова
Илья Роговин - Илья Голицын, судмедэксперт, компьютерщик (с 6 сезона)
Сергей Пласкин - Степаныч, судмедэксперт (с 6 сезона)
Кирилл Грацинский - Григорий Журбин, лейтенант полиции, бывший сотрудник отдела «К», техник (с 6 сезона)
Анна Бачалова - Анастасия Малинкина, врач-кардиолог, возлюбленная Туманова (с 7 сезона)
Анастасия Сапожникова - Ольга Медяник, сотрудник Управления собственной безопасности (с 8 сезона)
Телевизионные рейтинги
| Сезон | Кол-во эпизодов |
Первый эпизод сезона | Последний эпизод сезона | Средняя аудитория (в миллионах) |
||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Дата | Кол-во зрителей (в миллионах) |
Дата | Кол-во зрителей (в миллионах) |
|||
| 1 | 16 | 10 сентября 2008 года | ||||
| 2 | 12 | 15 января 2009 года | ||||
Обратите внимание!
От редакции
«Биомолекула» высоко ценит любознательность и интерес к изобретательству. Ужевторой раз в конкурсе «био/мол/текст» изобретатель Юрий Шевнин делится с аудиторией нашего портала своими идеями и находками. Редакции импонирует творческий подход автора и желание делиться знаниями с окружающими, однако необходимо иметь в виду, что данная статья не является строгим научным исследованием, и описываемые в ней новые медицинские повязки еще требуют проверки на возможность применения в клинической практике.
Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни ». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon .
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science .
Я вошел в следующую комнату, где стены и потолок были сплошь затянуты паутиной, за исключением узкого прохода для изобретателя. Едва я показался в дверях, как последний громко закричал, чтобы я был осторожнее и не порвал его паутины. Он стал жаловаться на роковую ошибку, которую совершал до сих пор мир, пользуясь работой шелковичных червей, тогда как у нас всегда под рукой множество насекомых, бесконечно превосходящих упомянутых червей, ибо они одарены качествами не только прядильщиков, но и ткачей. Далее изобретатель указал, что утилизация пауков совершенно избавит от расходов на окраску тканей, и я вполне убедился в этом, когда он показал нам множество красивых разноцветных мух, которыми кормил пауков и цвет которых, по его уверениям, необходимо должен передаваться изготовленной пауком пряже. И так как у него были мухи всех цветов, то он надеялся удовлетворить вкусам каждого, как только ему удастся найти для мух подходящую пищу в виде камеди, масла и других клейких веществ и придать, таким образом, большую плотность и прочность нитям паутины.
Д. Свифт
Путешествия Гулливера. Путешествие в Лапуту (1725 год)
Медицинские повязки из паутины
В связи с тем, что донорство является дорогим, имеющим большое количество ограничений направлением медицины, ученые и врачи всего мира трудятся над разработкой альтернативных методов восстановления повреждений организма человека. В то же время широкое распространение лекарственно устойчивых форм микроорганизмов, наличие у антибиотиков и химиопрепаратов токсических, аллергенных и других побочных свойств диктуют необходимость поиска новых нетоксичных препаратов с антимикробным действием и стимулирующим влиянием на восстановительные процессы. Подобными свойствами можно наделить, например, противоожоговые повязки и бинты. Ожоги - одно из самых распространенных в мире травматических поражений. В России каждый год регистрируется более 600 тыс. ожогов. По количеству смертельных исходов ожоги уступают только травмам, полученным в автомобильных авариях.
Автору представляется перспективным получение противоожоговых повязок и перевязочного материала из паутины . Шелк - более доступный материал, и его производство уже существует. Однако паутина из-за особой топологии молекул и структуры в целом имеет большие перспективы для медицинских повязок и матриксов в скаффолд-технологии * (scaffold-technology , от англ. scaffold - леса, подмостки) - культивировании клеток на трехмерных подложках естественного или искусственного происхождения с целью пространственного формирования выращиваемого органа или его фрагмента (рис. 1).
* - Про некоторые другие замечательные свойства паутины «Биомолекула» рассказывала ранее: «„Умный“ клей из паутины » . - Ред.
Рисунок 1. Паутина Linothele megatheloides под микроскопом
По данным электронной микроскопии, матриксы из фиброина шелка и рекомбинантного спидроина (белка паутины) различаются параметрами пор. Стенки пор в матриксах из фиброина имеют более однородную структуру с чешуйчатой шероховатой поверхностью, в то время как матриксы из спидроина обладают более рыхлой конструкцией с перфорированной поверхностью. Внутренняя нанопористая структура матрикса из рекомбинантного спидроина объясняет его способность формировать более благоприятную микросреду для регенерации тканей в организме. Взаимосвязанность структур является необходимым условием для равномерного клеточного распределения и эффективного прорастания ткани in vivo , так как способствует активному газообмену, доставке питательных веществ и правильному метаболизму .
Об этом удивительном свойстве паутины было известно давно. В народной медицине есть такой рецепт: к ране или ссадине, чтобы остановить кровь, можно приложить паутину, аккуратно очистив ее от застрявших насекомых и мелких веточек.
Паутина обладает кровоостанавливающим действием и ускоряет заживление поврежденной кожи. Хирурги и трансплантологи могли бы использовать ее в качестве материала для наложения швов и укрепления имплантатов, а также как каркас-основу для выращивания искусственных органов. Например, если пропитать раствором стволовых клеток сетчатый каркас из паутины, они быстро приживутся на нём, к клеткам протянутся сосуды и нервы. Сама же паутина со временем бесследно рассосется. С помощью паутины можно существенно улучшить свойства множества материалов, которые в настоящее время применяются в медицине. Например, паутина имеет электростатический заряд, который помогает паукам притягивать добычу. Эту заряженность паутины можно использовать и в составе медицинских повязок. Паутина заряжена отрицательно, а поврежденный участок тела - положительно. Таким образом, при взаимодействии раны с паутиной устанавливается электробаланс, что положительно сказывается на процессе заживления. Повязки с паутиной за счет электростатического взаимодействия с раной вытягивают из нее микроорганизмы и удерживают их внутри самой повязки, не давая размножаться.
В состав паутины входят три вещества, которые способствуют ее долговечности: пирролидин, гидрофосфат калия и нитрат калия . Пирролидин сильно впитывает воду; это вещество предотвращает засыхание нитей паутины. Гидрофосфат калия делает паутину кислотной и предотвращает грибковый и бактериальный рост. Низкий рН вызывает денатурацию белков (делает их нерастворимыми). Нитрат калия сдерживает рост бактерий и грибков.
Повязка из паутины обеспечивает отток раневого экссудата и микроорганизмов от поверхности раны, угнетает патогенную микрофлору, оказывает противоотёчное и противовоспалительное действия. Пропитанная анестетиком, она еще и обезболит, создав оптимальные условия для протекания процессов заживления.
История производства паутины
Главная проблема для широкого применения продуктов, содержащих паутину - сложность ее получения в промышленных масштабах. На протяжении сотен лет в Европе люди пытались построить фермы для получения паучьего шелка. В марте 1665 года луга и заборы вблизи немецкого Мерзебурга покрылись неимоверным количеством паутины каких-то пауков, и из нее женщины окрестных селений делали себе ленты и прочие украшения.
В 1709 году Правительство Франции попросило естествоиспытателя Рене Антуана де Реомюра найти замену китайскому шелку и попытаться применить паутину для изготовления одежды. Он собрал паутину из паучьих коконов и пробовал смастерить перчатки и чулки, но через некоторое время отказался от этой затеи из-за недостатка материала даже для того, чтобы произвести одну пару перчаток. Он подсчитал: надобно обработать 522–663 паука, чтобы получить один фунт паутинного шелка. А для промышленного производства потребуются полчища пауков и тучи мух для их пропитания - больше, чем летает над всей Францией.«Однако, - писал Реомюр, - может быть, со временем удастся найти пауков, которые дают больше шелка, чем те, какие обычно встречаются в нашем государстве».
Таких пауков нашли - это были пауки рода Nephila . Недавно из их паутины соткали накидку весом более килограмма . Там, где обитают эти замечательные пауки - в Бразилии и на Мадагаскаре, - местные жители используют паутину для изготовления пряжи, платков, накидок и сачков, собирая с кустов или разматывая яйцевые коконы. Иногда нить тянут прямо из паука, которого сажают в коробочку - из нее торчит лишь кончик его брюшка с паутинными бородавками. Из бородавок и вытягивают нити паутины.
Разными методами и от разных пауков экспериментаторы получали, например, нити такой длины: 1) за два часа от 22 пауков - пять километров, 2) за несколько часов от одного паука - 450 и 675 метров, 3) за девять «размоток» одного паука в течение 27 дней - 3060 метров. Аббат Камбуэ исследовал возможности мадагаскарского паука Goleba punctata : он так усовершенствовал свое дело, что живых пауков в маленьких выдвижных ящичках «подключал» прямо к ткацкому станку особого образца. Станок тянул из пауков нити и тут же ткал из них тончайшую ткань. Пауков Goleba punctata пробовали акклиматизировать во Франции и в России, но из этого ничего не вышло. В широкое производство паутина Nephila едва ли когда-нибудь поступит: для содержания Nephila или крестовиков нужны специальные фермы, хотя летом их можно содержать на лоджии или балконе. Для решения этой многовековой задачи необходим современный комплексный подход и создание паукам и насекомым оптимальных условий, максимально приближенных к природным.
Производство паутины сегодня
В 20 веке, с появлением химических пестицидов и синтетических тканей, о полезных насекомых и пауках забыли. Однако только лишь пестициды не решили проблему вредителей сельскохозяйственных культур. Была разработана стратегия сохранения биологического разнообразия, предусматривающая интеграцию полезных насекомых и пауков в систему сельскохозяйственных культур для природной борьбы с вредителями.
Сегодня для создания новых рабочих мест в России требуется новая стратегия по сокращению посевов монокультур и строительство мини-ферм не только для выращивания позвоночных животных, но и для выращивания пауков и насекомых.
Это можно делать и в городах. Проблема использования органических отходов городов сегодня стоит особенно остро. Эти отходы можно использовать для питания насекомых. В городах есть лишь небольшие фермы по выращиванию сверчков, тараканов и зофобаса . Пауков разводят лишь немногие энтузиасты-киперы. В то же время подвалы и чердаки, где в основном и обитают эти животные, для утилизации органических отходов и для выращивания личинок насекомых и пауков никак не используются.
Цели новой сельскохозяйственной стратегии - экологический способ хозяйствования, увеличение биоразнообразия и получение дохода от строительства и эксплуатации небольших семейных ферм для разведения насекомых и пауков. Эти организмы, их яд и паутина могут продаваться и на экспорт.
Синтезировать паутину химическим путем невозможно - слишком сложное строение белков. От попыток синтеза паутины отказались все ведущие фирмы мира. Несколько лабораторий продолжают работу и пытаются получить паутину из дрожжей, бактерий и даже коз [4–6 ]. Все эти подходы требуют очень сложного оборудования и больших финансовых затрат. При этом нити у них получаются совсем другого качества, уступая «оригиналу» по прочности и антибактериальным свойствам. Кроме того, объемы паутины, изготовленной в таких лабораториях, очень скромные: по телевизору иногда показывают ученых, демонстрирующих образцы синтетической паутины размером с ноготь в пинцете или в небольшом пузырьке.
Для сбора паутины от живых пауков тоже отказались, хотя эту идею предлагали неоднократно. Препятствий оказалось несколько. Прежде всего, мешает неуживчивость пауков и склонность к каннибализму: при совместном содержании эти животные враждуют и поедают друг друга. Кроме того, большинство пауков выделяет очень мало паутины: подсчитано, что для производства 500 граммов паутины потребуется 27 тыс. пауков среднего размера ; по данным Г.П. Кирсанова, пауки-крестовики за 24 часа продуцировали 230 мг паутины . Четырнадцать тысяч пауков рода Nephila дают примерно 28 г паутины . По другим данным, для получения 29 г паутины, требуется около 23 тыс. пауков . Такая разница в цифрах говорит о том, что данные о производительности пауков требуют подтверждения. Неизвестно, пауки какого вида и «среднего размера» вырабатывали паутину для взвешивания в том или ином случае.
Первое описанное препятствие для разведения пауков можно и нужно превратить во благо: склонность пауков к каннибализму подталкивает к созданию для них изолированных друг от друга контейнеров, тем самым предотвращая и эпидемии, и массовую смертность. При этом для изготовления медицинских материалов и лекарств из паутины нужно использовать не пауков рода Nephila или крестовиков, а пауков с самими большими паутинными придатками - Linothele megatheloides (рис. 2) и других Dipluridae .
Рисунок 2. Паук Linothele megatheloides , самка.
В результате исследования автором были получены данные, что пауки вида Linothele megatheloides за месяц продуцируют более 2 г паутины. У них имеются для этого длинные (более 20 мм) паутинные придатки (рис. 3). Эти органы имеют более тысячи микрофильер, через которые нити паутины выходят, подобно пленке.
Автор опробовал паутину для создания противоожоговых повязок (рис. 4). В результате использования этой паутины на ожоге заживление происходило в течение недели. При этом не требовалось дополнительных перевязок и удаления гноя. Через две недели не осталось даже следов ожога.
Рисунок 3. Паутинные придатки Linothele megatheloides под микроскопом.
Рисунок 4. Ожог, покрытый бинтом с паутиной Linothele megatheloides .
Посаженные в специальный контейнер Linothele megatheloides уже через час начинают свою работу и слой за слоем покрывают паутиной текстильную подложку контейнера площадью 1 м 2 . Через два месяца паутины от одного паука хватит для покрытия всей поверхности человеческого тела. Такой инновационный медицинский материал с паутиной, возможно, может спасти жизнь человека с ожогами более 60% всей поверхности тела.
В результате своих наблюдений автор установил, что благодаря специальным добавкам к питанию приплод и выживаемость потомства Linothele megatheloides составляют 100%. Это в среднем 50 молодых особей - потенциальных производителей «второй кожи» - за полгода. На кормление одной самки уходит 2–3 таракана в неделю. Условия содержания пауков - это отсутствие солнечного света, высокая влажность (80–90%), температура 28 °C, комплексное питание и капельное опрыскивание паутины раз в неделю. При создании благоприятных условий кормления, содержания, ухода и «доения» пауков можно добиться увеличения паутинопрядения в 2–3 раза.
Изготовление повязок и бинтов из паутины Linothele megatheloides
Трикотажная сетчатая основа (например, марля с влажностью более 80 %) укладывается на дно полиэтиленового контейнера. Контейнер имеет перфорацию для вентиляции, датчики влажности и температуры, подъемную крышку, капиллярную форсунку и клапан для подачи живого корма. Контейнеры располагаются вертикально, образуя блок высотой 1,5-2 метра (рис. 5).
Рисунок 5. Жилище Linothele megatheloides . а - Паук в контейнере с трикотажной основой. б - Схема контейнера. в - Блок контейнеров.
Рисунок 6. Бинт с паутиной Linothele megatheloides (а ) и стерильная упаковка для него (б ).
Раз в месяц контейнер открывают, паука отсаживают в другой небольшой полиэтиленовый контейнер, удаляют остатки корма, текстильную подложку с паутиной опрыскивают раствором гиалуроновой и пантотеновой кислот, анестетика и антисептика, накрывают полиэтиленовой стрейч-пленкой и скручивают. Дальше рулон вместе с паутиной разрезают на 10 частей и помещают в герметичную упаковку (рис. 6). Упакованные рулоны отправляют на радиационную стерилизацию. Паука выпускают обратно в большой контейнер.
Накладывается такая повязка путем размотки и снятия полиэтиленовой прослойки, паутиной на рану или ожог. Когда паутина и текстильная основа пропитаются лимфой, основа снимается, и на ране остается только заживляющий и дышащий слой паутины.
После того, как человек вылечит свою рану пластырем с паутиной, он уже больше никогда не будет убивать этих замечательных животных.
Повышение выработки паутины
Рисунок 7. Дизайн фермы по выращиванию пауковLinothele megatheloides .
Чтобы увеличить выработку паутины и исключить болезни живого корма (тараканов и сверчков), насекомые получают добавку к питанию в виде питательной среды - дополнительного источника белка и витаминов, содержащего мицелиальную биомассу отходов пенициллиновых и стрептомициновых производств, а также обездрожженную барду - из отходов производства пивных дрожжей. Питательная среда хранится до двух лет при температуре +5 °С. Для питания насекомых мелко нарезанную морковь и капусту вываливают в измельченной питательной среде. На таком корме тараканы и сверчки не болеют, быстро растут и размножаются. Пауки при этом увеличивают выработку паутины на 60%. Применение мицелиального питания позволяет стимулировать размножение пауков и получать паутину в максимально возможных количествах. Работы по поиску пищевых добавок для увеличения разнообразия питания пауков будут продолжены. Для создания фермы по сбору паутины предлагается дизайн-проект в виде круглого шатра диаметром 12 м с покрытием, работающим на растяжение, аналогично работе паутины (рис. 7).
С развитием этого экологичного способа создания медицинских повязок и бинтов возможны эксперименты по выведению более продуктивных гибридов пауков семейства Dipluridae . Внутривидовая гибридизация, селекция и специальное питание в комфортных условиях не исключают генетических экспериментов по увеличению размеров пауков. Пока этим никто не занимается, а в обществе индивидуальных разводчиков пауков эта тема - табу.
Производить молоко с помощью грибов и бактерий возможно - только зачем, когда есть коровы? Паутина по структуре гораздо сложнее белковой структуры молока. Поэтому все поиски синтетических аналогов паутины могут затянуться на время эволюции пауков. Новые виды, полученные путем генетической модификации, и селекционная работа с семейством Dipluridae позволят увеличить размер пауков и их паутинную продуктивность для производства одежды. Паутину можно обрабатывать силиконом и получать ткань для верхней одежды с уникальными свойствами. Такая ткань будет стоить не дороже шелка.
Заключение
Описанная исследовательская работа создает основу нового вида животноводства. На этой основе возможно масштабировать производство паутины по низкой цене, а значит, коммерциализировать его. Потребность рынка в биорезорбируемых раневых покрытиях составляет 400 тыс. дм 2 /год. Прогнозируемая ёмкость рынка в данном сегменте $150 млн .
Масштабировать проект можно как увеличением производства, так и созданием мини-ферм по производству паутины. Никакого сложного оборудования, высоких температур, высокого давления и токсичных материалов для такого варианта технологии не требуется. В настоящее время, например, пчеловодством занимаются около 5 тыс. хозяйств и 300 тыс. пчеловодов-любителей, фермеров и индивидуальных предпринимателей. Мёд могут употреблять не все, а медицинские повязки или пластыри с паутиной пригодятся всем. Пока технология будет развиваться и сертифицироваться, можно предложить всем желающим самим выращивать пауков и собирать паутину. Для стерилизации можно использовать ультрафиолетовую лампу. Чтобы обеспечить себя двумя квадратными метрами паутины, потребуются один контейнер с самкойLinothele megatheloides и два месяца. Самка Linothele megatheloides живет 10 лет. На садовом участке можно поставить утепленный паучатник размером 3 на 6 метров с двумя помещениями (рис. 8). В одном можно заготавливать сырье, а в другом делать нити из паутины, ткать полотно и шить одежду. Отходов у такой мини-фабрики просто нет.
Рисунок 8. Мини-ферма по выращиванию Linothele megatheloides , сбору их паутины и изготовлению одежды на садовом участке.
Из старых оболочек, сброшенных пауком во время линьки, можно изготавливать сувениры и украшения, заливая их полимерной смолой. Из голов умерших пауков можно извлекать яд для производства лечебных препаратов* . Пострадавшие и больные получат новое лекарство - натуральную «кожу», - и каждый желающий сможет создать такое мини-производство.
Патентов и сертификатов на тему исследования автор получать не собирается, так как хочет, чтобы эти знания были доступны всем.
* - И этих препаратов (в частности, анальгетиков) может быть великое множество - несмотря на единственное число слова «яд»: в яде одного паука могут содержаться сотни токсичных компонентов абсолютно разной химической природы. О библиотеках паучьих токсинов рассказывает статья « » . - Ред.
Литература
- биомолекула: «„Умный“ клей из паутины »;
- Агапова О.И., Ефимов А.Е., Мойсенович М.М., Богуш В.Г., Агапов И.И. (2015). Сравнительный анализ трехмерной наноструктуры пористых биодеградируемых матриксов из рекомбинантного спидроина и фиброина шелка для регенеративной медицины . ;
- Накидка, сделанная из паучьего шелка, будет представлена на выставке в Европе . Сайт GlobalScience.ru , 2012;
- Технологическая платформа «Медицина будущего» . Сайт Евразийской экономической комиссии , 2012;
- Аксенова Л. (2013). Забыть о боли помогут пауки . Сайт «Газета.ру» ;
- биомолекула: «Великому комбинатору и не снилось ».
Паутина – это самая суть паука. Хоть другие членистоногие тоже производят паутину, нет больше группы, все представители которой могли бы это сделать. Те, которые всё же могут, делают это обычно в строго определённые периоды жизненного цикла, а саму паутину используют с одной-двумя целями (например, гусеницы бабочек сооружают кокон). В противоположность им все пауки производят паутину на протяжении всей жизни, используя её везде, где только можно. Птицееды не исключение. Они используют паутину для множества целей:
1. Для выстилки логова. Более того, многие древесные виды (напр. рода Avicularia ) делают гнёзда в расселинах коры полностью из паутины. Фактически, это воздушные норы.
2. Наземные виды частенько используют паутину для того, чтобы плотно заплести вход в нору, когда не хотят, чтобы их тревожили.
3. Паутина может стать нитью Ариадны, по которой бродячий паук может найти дорогу к норе.
4. Паутиной покрываются комочки земли, которые паук выбрасывает из норы по мере расширения жилища.
5. В неволе многие пауки плетут «скатерть» при кормлении. Неизвестно, делают ли что-либо подобное их дикие собратья.
6. Из паутины делается коврик-подстилка для линьки.
7. Паутина становится временным хранилищем спермы, когда самец готовится к встрече с самкой.
8. Самец чаще всего определяет наличие самки, по химическим сигналам (вряд ли здесь можно сказать «запаху») на паутине, окружающей вход в нору.
9. Наконец, самка плетёт из паутины яйцевой кокон, вместилище для развивающихся яиц.
Для чего птицееды паутину не используют – так это для изготовления сетей и ловушек, что делают многие Araneomoгрhae , так называемые высшие пауки. Хотя некоторые виды птицеедов натягивают радиально у входа в нору сигнальные нити, колебание которых предупреждает паука о приближении добычи или потенциального хищника. Из-за того, что птицееды не плетут сетей и ловушек, они считались более примитивными. Этот аргумент представляется неубедительным. Эти создания имеют ничуть не меньше возможностей плести сети, чем высшие пауки. Но поскольку они существенно тяжелее высших пауков, даже подземных, то изготовление ажурных конструкций для ловли добычи попросту непрактично.
С химической точки зрения паутина – это практически полностью белковый продукт. Паутинные железы вырабатывают паутину по мере необходимости, а выделяется она через микроскопические отверстия в паутинных придатках. При выделении она растянута, что позволяет белковым молекулам провзаимодействовать между собой, в результате чего нить затвердевает и приобретает фантастическую прочность. Обратите внимание на то, что затвердение нити – это не высыхание, так как она с тем же успехом может отвердеть и под водой (в качестве примера можно привести европейского водяного паука Argyroneta aquatica , сем. Argyronetidae ).
Наиболее удивительна в паутине её поразительная прочность. Многие народы мира даже используют её для изготовления рыболовных сетей (для мелкой рыбы), а также ниток, когда скручивается несколько шелковинок. Некоторые разновидности паутины бывают прочнее стальной проволоки такого же диаметра. Большая прочность на разрыв в сочетании с микроскопической толщиной сделала паутину незаменимой при изготовлении перекрестий прицелов во время Второй Мировой войны. По сравнению с нейлоновой нитью она выдерживает вдвое большее растяжение.
Наконец, несмотря на то, что это практически чистый белок, паутина крайне медленно разрушается. В природе она может провисеть на ветке многие недели после того, как исчез её создатель. В доме она может сохраниться практически неограниченное время, пока не будет сметена веником возмущённой хозяйки. В террариуме она сохранится год и более, демонстрируя лишь незначительные признаки деградации. Бактерии и грибы растут на ней очень плохо и лишь немногие организмы поедают её, несмотря на очевидную питательную ценность. Почему? Неизвестно.
Производство паутины сопряжено с расходом и белка и энергии. Если бы не существовало способа её переработки, она дорого обошлась бы пауку. Большинство пауков поедают по крайней мере часть отслуживших шёлковых конструкций. Хотя птицееды занимаются этим гораздо реже, чем большинство других пауков.
Легко решить, что это доказывает примитивность птицеедов, не развивших ещё инстинкта сохранения ценного материала в той же степени, что более продвинутые пауки. Но не менее убедительным представляется то, что расход энергии и белка у птицеедов, плетущих сравнительно мало, существенно меньше, особенно по сравнению с весом тела. Соответственно, потребность экономить не так велика, и они могут себе позволить некоторую расточительность.
Хотя птицееды могут поедать «скатерть», которую плетут иногда при кормлении в неволе, они обычно не съедают прочие паутинные сооружения. Эти последние следует время от времени удалять.
Неизвестно, что же происходит со всей той паутиной, которую производят птицееды в природе. Постройки многих тропических видов довольно велики и обладают немалой прочностью. Тем не менее, для птицеедов юго-запада Америки не характерно большое количество паутины вокруг норы, а внутри бывает и того меньше. Они что, плетут мало паутины? Или поедают большую часть старой? И если поедают, то почему не делают этого при содержании в неволе? Загадка остаётся загадкой.
Брюшко паука – настоящая «фабрика» по производству паутины. Именно в нем расположены объемистые паутинные железы, которые вырабатывает клейкий секрет, быстро застывающий на воздухе. Брюшные конечности формируют паутинную нить, а подвижные паутинные бородавки направляют нить в нужное место.
Брюшко у пауков подвижно соединяется с головогрудью тонкой перемычкой. Подвижны и конечности, состоящие из 7 члеников. В результате организм паука способен производить паутинную нить и быстро ликвидировать прорехи в ловчей сети. Гребенчатые коготки и щетинки на конечностях помогают пауку быстро скользить по паутинной нити, словно вагону по рельсам, позволяя вовремя появиться в месте прорыва паутины.
Зачем пауки строят ловчую сеть?
Способность вырабатывать патину не является основным признаком пауков, тем не менее, плетение ловчей сети стало отличительной чертой паукообразных. Пауки – настоящие хищники, поджидающие свою добычу в укромном месте.
Благодаря клейким свойствам паутины, в паучьи сети попадает множество разнообразных животных, начиная от насекомых и даже мелких птиц.
Прилипнув к паутине, жертва старается выбраться из ловушки, раскачивая паутинную нить. Возникшие колебания передаются по сигнальной нити к пауку, который быстро по нитям приближается к добыче и впрыскивает пищеварительный сок, который попадая жертву, переваривает внутреннее содержимое. Затем паук оплетает ее паутиной, образуя подобие кокона. Остается немного подождать, пока пищеварительные ферменты сделают возможным просто высосать жидкое содержимое.
Паутина нужна паукам для размножения
В период размножения паутинная нить, выделенная самкой, позволяет партнеру находить особь противоположного пола для спаривания.
Самцы–тенетники сооружают по соседству с сетями самки миниатюрные брачные кружева, в которые заманивают паучих для спаривания, ритмично постукивая конечностями.
Мужские особи пауков-крестовиков к радиальным нитям в ловчей сети самки прикрепляют свою паутину, располагая ее горизонтально. Затем самец наносит удары конечностями, вызывая колебания. Так пауки подают сигнал самке о своем присутствии. Самка не проявляет в этом случае агрессии и спускается к самцу для спаривания по прикрепленной паутинной нити.
Паутина – надежное убежище для потомства
Самка откладывает яйца после оплодотворения в паутинный кокон, сплетенный, из одного или нескольких шелковистой нити. Собственно кокон образован 2-мя пластинками — основной и кроющей пластинкой, соединенными своими краями. Такое строение кокона обеспечивает надежную защиту яйцам.
Самка сначала плетет основную пластинку, аналогичную сперматической сеточке для яиц. Сверху укутывает их вторым слоем паутины, который образует кроющую пластину. Оболочка кокона образована плотно прилегающими друг к другу шелковыми нитями и пропитана застывшим секретом. Стенки кокона становятся очень плотными почти как пергамент. У некоторых видов пауков самка плетет рыхлый кокон, похожий на комочек ваты.
Паутина как транспортное средство
Некоторые виды пауков используют паутину для передвижения по воздуху. Пауки забираются повыше на дерево, забор, высокий камень, крышу здания, приподняв брюшко, они выпускают клейкую нить. Она быстро застывает на воздухе и паук, отцепившись, отправляется в полет на легкой паутинке, которую несет встречный поток воздуха. Так молодые пауки попадают на новые места обитания.
Известны случаи появления пауков на палубе морского судна, плывущего в открытом море далеко от берега.
Взрослые пауки у видов с небольшими размерами также могут переселяться. Пауки способны подниматься с помощью паутинной нити, подхваченной ветром, на высоту до 2-3 километров. Причем свои путешествия пауки чаще всего совершают в тихие и спокойные дни «бабьего» лета. Они преодолевают большие расстояния.
Как разные виды пауков используют паутину
В природе обитают тенетные пауки, плетущие ловчие сети (тенета), но известны и нетенетные виды, которые охотятся, не используя паутинную сеть. Но паутину они вырабатывают в периоды линек, отдыха, линек, зимовки. Пауки плетут защитные мешки или укрытия, сотканные из паутины.
Пауки-тенетники спасаются при приближении хищника на паутинной нити, падая вниз. Когда опасность минует, они возвращаются обратно на паутинную нить и поднимаются вверх, быстро сматывая свой страховочный канат.
Паутина нужна для страховки
Пауки-скакунчики используют паутинную нить для нападения. Они прикрепляют страховочную нить к какому-либо предмету и прыгают на намеченную жертву. Южнорусский тарантул, покидая свою нору, тянет за собой едва заметную паутинную нить, по которой он всегда найдет вход в покинутое убежище. При обрыве страховки тарантул не в состоянии найти свою норку и отправляется на поиски новой. Пауки-скакунчики на паутинных нитях, прикрепленных к субстрату, проводят ночное время. Это своеобразная страховка от хищников.
Основная задача паутины — поимка добычи. Паутина используется для выстилки
Тарантулы обитают в норках, стенки которых постоянно осыпаются, поэтому эти мохнатые пауки выстилают стены своего жилища нитями паутины. Такая конструкция предохраняет земляные стены от осыпания. Пауки перед входом в свою нору плетут разнообразные паутинных сооружения в виде воронок, трубок, подвижных крышечек, прикрывающих вход.
Паутинный колокол для дыхания
Паук-серебрянка охотится в воде, в которой нужно дышать атмосферным воздухом. Опускаясь на дно, паук захватывает порцию воздуха на конце брюшка в виде небольшого пузырька. На растениях он сооружает воздушный колокол, в котором воздух удерживается густо сплетенной паутиной.
Паук-серебрянка «запечатывает» молекулу кислорода в паутину под водой, и таким образом дышит. Паутина – для поимки жертвы
Для поимки добычи пауки плетут ловчие сети, но некоторые виды используют паутинные арканы и нити.
Пауки-птицееды, поймав добычу, удерживают ее в хелицерах, затем жертву упаковывают в паутину.
Пауки, которые скрываются в глубине норы, оставляют сигнальную нить. Она тянется от брюшка до входа в убежище. Колебания этой нити передаются пауку, давая сигнал о том, что попалась добыча.
Паутину вырабатывают не только пауки, но именно они наиболее широко используют паутинный шелк, что плетение паутины является их отличительной особенностью.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .