Web zagonetke

Možda pauci nisu najatraktivnija stvorenja, ali njihova kreacija - mreža - ne može ne izazvati divljenje. Sjetite se kako geometrijska ispravnost najfinijih niti koje svjetlucaju na suncu, razvučene između grana grma ili među visokom travom, fascinira oko.

Pauci su jedni od najstarijih stanovnika našeg planeta, nastanjivali su zemlju prije više od 200 milijuna godina. U prirodi postoji oko 35 tisuća vrsta pauka. Ova osmonožna sveprisutna stvorenja prepoznatljiva su uvijek i posvuda, unatoč razlikama u boji i veličini. Ali njihova najvažnija prepoznatljiva karakteristika je sposobnost proizvodnje paukove svile, prirodnog vlakna nenadmašne snage.

Pauci koriste svoje mreže u razne svrhe. Od njega prave čahure jaja, grade skloništa za zimovanje, koriste ga kao "sigurnosno uže" pri skakanju, pletu zamršene mreže za zamke i umotaju uhvaćeni plijen. Ženka, spremna za parenje, proizvodi mrežnu nit obilježenu feromonima, zahvaljujući kojoj mužjak, krećući se duž niti, lako pronalazi partnera. Mladi pauci nekih vrsta odlijeću od roditeljskog gnijezda na dugim nitima koje je pokupio vjetar.

Pauci se hrane uglavnom kukcima. Uređaji za hvatanje koje koriste za dobivanje hrane dolaze u različitim oblicima i vrstama. Neki pauci jednostavno ispruže nekoliko signalnih niti u blizini svog skloništa i, čim kukac dotakne nit, jurnu na njega iz zasjede. Drugi - bacite konac s ljepljivom kapljicom na kraju naprijed, poput svojevrsnog lasa. No, vrhunac dizajnerske aktivnosti pauka još uvijek su okrugle mreže u obliku kotača smještene vodoravno ili okomito.

Za izgradnju mreže za hvatanje u obliku kotača, pauk križanac, uobičajeni stanovnik naših šuma i vrtova, oslobađa prilično dugu, jaku nit. Povjetarac ili uzlazni mlaz zraka podiže nit prema gore, a ako je mjesto za izgradnju mreže dobro odabrano, prianja za najbližu granu ili drugu potporu. Pauk puzi preko njega kako bi osigurao kraj, ponekad polažući još jednu nit za snagu. Zatim pušta slobodno visi konac i pričvršćuje trećinu na njegovu sredinu, tako da se dobije struktura u obliku slova Y - prva tri radijusa od više od pedeset. Kada su radijalni niti i okvir spremni, pauk se vraća u središte i počinje polagati privremenu pomoćnu spiralu - nešto poput "skele". Pomoćna spirala pričvršćuje strukturu i služi kao put za pauka pri izgradnji spirale za hvatanje. Cijeli glavni okvir mreže, uključujući polumjere, izrađen je od neljepljive niti, ali se za spiralu za hvatanje koristi dvostruki navoj premazan ljepilom.

Iznenađujuće, ove dvije spirale imaju različite geometrijske oblike. Vremenska spirala ima relativno malo zavoja, a razmak između njih se povećava svakim zavojem. To se događa jer se, dok ga polaže, pauk kreće pod istim kutom u odnosu na polumjere. Oblik rezultirajuće isprekidane linije blizak je takozvanoj logaritamskoj spirali.

Ljepljiva spirala za zarobljavanje izgrađena je prema drugačijem principu. Pauk počinje od ruba i kreće se prema središtu, držeći istu udaljenost između zavoja, i dobiva se Arhimedova spirala. Istodobno, grize niti pomoćne spirale.

Paukovu svilu proizvode posebne žlijezde smještene u stražnjem dijelu paukovog trbuha. Poznato je da najmanje sedam vrsta paukovih žlijezda proizvode različite filamente, ali nijedna od poznatih vrsta pauka nema svih sedam tipova odjednom. Obično pauk ima jedan do četiri para ovih žlijezda. Tkanje mreže nije brz posao i potrebno je oko pola sata da se napravi mreža za zarobljavanje srednje veličine. Kako bi se prebacio na proizvodnju druge vrste mreže (za spiralu za hvatanje), pauku je potrebna minuta predaha. Pauci često ponovno koriste mrežu, jedući ostatke mreže za hvatanje oštećene kišom, vjetrom ili kukcima. Mreža se probavlja u njihovom tijelu uz pomoć posebnih enzima.

Struktura paukove svile savršeno je razrađena tijekom stotina milijuna godina evolucije. Ovaj prirodni materijal kombinira dva prekrasna svojstva - čvrstoću i elastičnost. Mreža paučine može zaustaviti kukca koji leti punom brzinom. Nit od koje pauci tkaju osnovu svoje mreže za hvatanje tanja je od ljudske kose, a njena specifična (to jest, izračunata po jedinici mase) vlačna čvrstoća veća je od čelika. Ako uspoređujemo pasuljastu nit sa čeličnom žicom istog promjera, tada će izdržati približno istu težinu. Ali paukova svila je šest puta lakša, što znači da je šest puta jača.

Poput ljudske kose, ovčje vune i svile čahura svilene bube, mreže se prvenstveno sastoje od proteina. Što se tiče sastava aminokiselina, proteini mreže (spidroini) relativno su bliski fibroinima, proteinima koji čine svilu koju proizvode gusjenice svilene bube. Oba sadrže neuobičajeno visoke količine aminokiselina alanina (25%) i glicina (oko 40%). Područja proteinskih molekula bogatih alaninom tvore kristalne regije gusto zbijene u nabore, dajući visoku čvrstoću, a ona područja gdje ima više glicina su amorfniji materijal koji se može dobro rastegnuti i time dati elastičnost niti.

Kako nastaje takva nit?? Ovo pitanje još nema potpun i jasan odgovor. Proces predenja mreže najdetaljnije je proučavan na primjeru ampulolike žlijezde pauka koji plete kugle (Nephila clavipes). Ampuloidna žlijezda, koja proizvodi najjaču svilu, sastoji se od tri glavna dijela: središnje vrećice, vrlo dugog zakrivljenog kanala i cijevi s izlazom. Male sferične kapljice izlaze iz stanica na unutarnjoj površini vrećice, koje sadrže dvije vrste proteinskih molekula spidroina. Ova viskozna otopina teče u rep vrećice, gdje druge stanice luče drugu vrstu proteina - glikoproteine. Zahvaljujući glikoproteinima, dobiveno vlakno poprima tekuću kristalnu strukturu. Tekući kristali su izvanredni po tome što, s jedne strane, imaju visok stupanj uređenosti, a s druge, ostaju tekući. Kako se gusta masa kreće prema izlazu, dugačke proteinske molekule se orijentiraju i poredaju paralelno jedna s drugom u smjeru osi vlakna u nastajanju. U tom slučaju između njih nastaju međumolekularne vodikove veze.

Čovječanstvo je kopiralo mnoge dizajnerske nalaze prirode, ali tako složen proces kao što je predenje mreže još se ne može reproducirati. Znanstvenici sada pokušavaju riješiti ovaj težak problem uz pomoć biotehnoloških tehnika. Prvi korak bio je izolirati gene odgovorne za proizvodnju proteina koji čine mrežu. Ovi geni su uvedeni u stanice bakterija i kvasca. Kanadski genetičari otišli su još dalje – uzgojili su genetski modificirane koze čije mlijeko sadrži otopljene proteine ​​paučine. Ali problem nije samo u dobivanju proteina paukove svile, potrebno je simulirati prirodni proces predenja. A ovu lekciju znanstvenici prirode tek trebaju naučiti.

Kandidat fizičko-matematičkih znanosti E. Lozovskaya, časopis "Znanost i život"