Многие животные умеют строить жилища и ловушки при помощи подручных средств. Например, практически все птицы вьют себе гнезда, а пчелы — создают огромные ульи. Но одни из самых сложных структур создают пауки, которые выделяют из своих желез паутину и плетут ловушки для своих жертв. Когда добыча попадается на липкие нити, каждый паук скорее спешит к ней, чтобы прыснуть в него ядом для превращения всех внутренностей в питательную смесь. Ученые на протяжении многих лет следят за этими удивительными созданиями и каждый раз открывают что-то новое. Например, недавно ученые из американского штата Мэриленд использовали камеры ночного видения и искусственный интеллект, чтобы лучше понять метод плетения паучьей паутины. Получилось довольно интересное видео.
Искусственный интеллект подсказал, как пауки плетут свою паутину
Что такое паутина?
Пауки одни из древнейших обитателей планеты, из-за маленького размера и специфического внешнего вида их ошибочно считают насекомыми. На самом деле это представители отряда членистоногих. Тело паука имеет восемь ног и два отдела:
- головогрудь;
- брюшко.
В отличие от насекомых у них нет усиков и шеи, отделяющей голову от груди. Брюшко арахнида своеобразная фабрика по производству паутины. В нем расположены железы, вырабатывающие секрет, состоящий из белка, обогащенного аланином, придающим прочность, и глицином, отвечающим за эластичность. По химической формуле паутина близка к шелку насекомых. Внутри желез секрет находится в жидком состоянии, а на воздухе твердеет.
Информация. Шелк гусениц тутового шелкопряда и паутина имеют схожий состав – на 50% это белок фиброин. Ученые выяснили, что нить паука значительно прочнее секрета гусениц. Это объясняется особенностью формирования волокна
Литература
- «Умный» клей из паутины;
- Агапова О.И., Ефимов А.Е., Мойсенович М.М., Богуш В.Г., Агапов И.И. (2015). Сравнительный анализ трехмерной наноструктуры пористых биодеградируемых матриксов из рекомбинантного спидроина и фиброина шелка для регенеративной медицины. Вестник трансплантологии и искусственных органов. XVII, 37–44;
- Golden Spider Silk. Сайт Victoria and Albert Museum, 2012;
- Якуб Е. (2001). Побеждающие афину. Наука и жизнь. № 2;
- Котляр П. (2015). Стартап сплетает паутину. Сайт «Газета.ру»;
- Археи «хамят» и помогают;
- Нашествие пауков в Австралии. Сайт «День Х», 2013;
- Кирсанов Г.П. (1974). Питательная среда для выкармливания пауков. Сайт FindPatent.ru;
- Рудый Ю. (2009). Мадагаскарцы создали самое большое полотно из паучьего шелка. Сайт «Мембрана»;
- Накидка, сделанная из паучьего шелка, будет представлена на выставке в Европе. Сайт GlobalScience.ru, 2012;
- Технологическая платформа «Медицина будущего». Сайт Евразийской экономической комиссии, 2012;
- Аксенова Л. (2013). Забыть о боли помогут пауки. Сайт «Газета.ру»;
- Великому комбинатору и не снилось: комбинаторика токсинов пауков.
Откуда берется паутина у паука?
На брюшке членистоногого расположены выросты – паутинные бородавки. В их верхней части раскрываются каналы паутинных желез, формирующих нити. Насчитывается 6 типов желез, производящих шелк для разных целей (перемещение, опускание, опутывание добычи, хранение яиц). У одного вида все эти органы одновременно не встречаются, обычно у особи 1-4 пары желез.
На поверхности бородавок насчитывается до 500 прядильных трубочек, подающих белковый секрет. Паук прядет паутину следующим образом:
- паутинные бородавки прижимаются к основанию (дерево, трава, стена и т.д.);
- небольшое количество белка прилипает к выбранному месту;
- паук отходит, вытягивая нить задними лапками;
- для основной работы используются длинные и гибкие передние лапки, с их помощью создается каркас из сухих нитей;
- завершающий этап изготовления сети – формирование липких спиралей.
Благодаря наблюдениям ученых стало известно, откуда у паука выходит паутина. Ее выпускают подвижные парные бородавки на брюшке.
Интересный факт. Паутина очень легкая, вес нити, обмотавшей Землю по экватору, составил бы всего 450 г.
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.
Как строится ловчая сеть
Ветер – лучший помощник паука в строительстве. Достав тонкую нить из бородавок, арахнид подставляет ее под воздушный поток, который относит застывший шелк на значительное расстояние. Это секретный способ, как паук плетет паутину между деревьями. Паутинка легко цепляется к веткам деревьев, используя ее в качестве каната, арахнид передвигается с места на место.
В структуре паутины прослеживается определенная схема. Ее основу составляет каркас из прочных и толстых нитей, расположенных в виде лучей, расходящихся из одной точки. Начиная с внешней части, паук создает круги, постепенно двигаясь к центру. Удивительно, что без всяких приспособлений он выдерживает одинаковое расстояние между каждым кругом. Эта часть волокон липкая, именно в ней будут застревать насекомые.
Интересный факт. Паук поедает собственную паутину. Ученые предлагают два объяснения этому факту – таким образом восполняется потеря белка при ремонте ловчей сети или паук просто пьет воду, повисшую на шелковых нитях.
Сложность рисунка паутины зависит от вида паукообразного. Низшие членистоногие строят простые сети, а высшие – сложные геометрические схемы. Подсчитано, что самка крестовика строит ловушку из 39 радиусов и 39 спиралей. Кроме гладких радиальных нитей, вспомогательной и ловчей спирали существуют сигнальные нити. Эти элементы улавливают и передают хищнику вибрацию попавшейся добычи. Если попадается посторонний предмет (ветка, листок), маленький хозяин отделяет его и выбрасывает, затем восстанавливает сеть.
Крупные древесные паукообразные натягивают ловушки диаметром до 1 м. В них попадают не только насекомые, но и мелкие птицы.
Почему не прилипают сами?
Чтобы спокойно передвигаться по ловушке и не стать ее жертвой, паук протягивает сухие нити, без клейкого вещества. Он ориентируется в постройке, поэтому знает, какая часть волокна предназначается добыче, а какая – безопасна для него. Он поджидает жертву в центре постройки.
Дополнительные факторы, помогающие пауку не прилипать к собственной паутине:
- кончики лап хищника смазаны маслянистой жидкостью;
- на его конечностях множество волосков, уменьшающих площадь прикасания к липким нитям;
- он перемещается специальным образом.
Современные ученые до сих пор не научились создавать паутину искусственным путем. Но попытки сделать ее точную копию продолжаются. Генетики из Канады вывели искусственным методом коз, в молоке которых содержится паутинный белок. Как паук делает паутину, технология ее плетения – загадка природы, которую не разгадали величайшие умы.
Природа позаботилась о существовании пауков и дала им способность искусно плести паутину. Она помогает им добывать пропитание, защищать потомство и свое жилище, а также пользоваться ею в целях перемещения. Ажурная ловушка вызывает мировой интерес своей загадочностью и невозможностью искусственного воспроизведения. Каждый вид паукообразных вызывает глубочайший интерес и поражает специфическими особенностями.
Назначение паутины
Тонкие сети являются не только ловушками для насекомых. Роль паутины в жизни паукообразных гораздо шире.
Ловля добычи
Все пауки хищники, убивающие свою жертву ядом. При этом некоторые особи имеют хрупкое телосложение и сами могут стать жертвой насекомых, например, ос. Для охоты им нужно убежище и ловушка. Липкие волокна выполняют эту функцию. Попавшую в сеть добычу они опутывают коконом из нитей и оставляют, пока впрыснутый фермент не приведет ее в жидкое состояние.
Шелковые волокна паукообразных тоньше человеческого волоса, но их удельная прочность на разрыв сравнима со стальной проволокой.
Размножение
В период спаривания самцы прикрепляют к паутине самки собственные нити. Нанося ритмичные удары по шелковым волокнам, они сообщают потенциальной партнерше о своих намерениях. Принимающая ухаживания самка спускается на территорию самца для спаривания. В некоторых видах инициатором поиска партнера является самка. Она выделяет нить с феромонами, благодаря которым ее находит паук.
Дом для потомства
Из шелкового паутинного секрета плетутся коконы для яиц. Их количество в зависимости от вида членистоногих составляет 2-1000 штук. Паутинные мешочки с яйцами самки подвешивают в безопасном месте. Оболочка кокона достаточно прочна, она состоит из нескольких слоев и пропитывается жидким секретом.
В своей норке паукообразные оплетают стенки паутиной. Это помогает создать благоприятный микроклимат, служит защитой от непогоды и природных врагов.
Перемещение
Один из ответов, зачем паук плетет паутину – он использует нити как транспортное средство. Чтобы перемещаться между деревьями и кустами, быстро пониматься и опускаться ему необходимо прочные волокна. Для полетов на дальние расстояния пауки забираются на возвышения, выпускают быстро застывающую паутину, а затем с порывом ветра уносятся на несколько километров. Чаще всего путешествия совершаются в теплые ясные дни бабьего лета.
Использование и функции
Волокно паутины очень прочное, для сравнения схожа с плотностью нейлона. По некоторым мнениям это потому что паук её создаёт в то время, как висит на том же волокне.
У неё есть интересные функции:
- Натяжение. Хоть нити сжимаются, хоть растягиваются, они возвращаются в привычное место.
- Шарнирность. Предмет в паутине можно вращать в одну сторону, а она не перекрутиться и не запутается.
Считается, что основная функция паутины – ловля добычи. Это действительно так, но у неё есть еще ряд важных функций.
Для питания
Пойманная в сеть паучья еда там обездвиживается. Да и саму добычу они часто в паутину заворачивают.
Для размножения
Самцы могут начинать акт ухаживания за самкой с того, что дёргает её паутину, так привлекая её внимание. Некоторые виды на паутине оставляют семенную жидкость, чтобы самку оплодотворить.
Для потомства
Яйца также развиваются в коконе из паутины. Там же какое-то время выращивается молодняк.
Для жизни
Пауки водяные делают коконы под водой, в них остаётся воздух для дыхания. Те, кто строит норы, оплетают ней внутреннюю часть жилища.
Для защиты
Некоторые виды в паутину вплетают листочки, что являются марионеткой. Пауки их двигают при приближении хищников, чтобы обмануть их.
Как человек может использовать паутину
В Китае удивительной прочности и лёгкости тканевое полотно из паутины имеет название «ткани восточного моря». Полинезийцы используют паутинные нити больших тенетных пауков для шитья, а помимо этого плетут из них ещё и сети для ловли рыбы.
Учёные из Японии смогли создать струны для скрипки из паучьего шёлка. В наше время учёные стремятся синтезировать материал, обладающий свойствами паутинной нити, для использования в разных сферах — от производства бронежилетов до строительства мостов.
Узнайте больше о содержании пауков в домашних условиях.
Но создать аналог вещества, которое вырабатывает паук, наука пока ещё не способна. Для этого некоторые исследователи пытаются внедрять паучьи гены другим живым организмам.
Биолог из Голландии Абдул Вахаба Эль-Хальбзури и художница Джалиль Ессайди путём исследовательской деятельности синтезировали суперпрочную ткань, которая представляет собой органическую комбинацию паутины и кожи человека.
До этого самой прочной тканью считались волокна кевлара, произведённые фирмой DuPont, прочность которых в 5 раз выше, чем у стали, — а полученный с использованием паучьих нитей материал в 15 раз прочнее, чем сталь. Но такое синтетическое вещество имеет ряд недостатков, над которыми ещё работают учёные.
Паутина примечательна не только своей прочностью. Антибактериальные свойства такого паучьего изделия использовали издавна. Ещё в древние века человек использовал паутинную сеточку как повязку из бинтов.
Такой липкий материал примыкал к коже и создавал барьер для попадания в рану бактерий и вирусов. Многие исследовательские учреждения работают с паутиной, пытаясь применить её свойства в медицине для создания материала, который сможет регенерировать конечности.
Учёные Европы заявляют, что в течение 5 лет смогут синтезировать искусственные сухожилия и связки из паутинных ниток.
Важно! Применение паутины в области медицины в первую очередь вызвано тем, что организм человека не производит отторжение внедрённого в него паучьего белка.
В современном мире нити паутины используют в оптической промышленности для обозначения перекрестья в оптических устройствах, а также как нитки в микрохирургии. Также известно, что микробиологи создали анализатор воздуха, используя свойства паучьих нитей улавливать из окружающей следы микрочастицы.
Надо отметить, что изучение свойств паутины позволит в будущем достичь больших результатов во многих отраслях производства, а также способствовать развитию и появлению передовых технологий, важных для человечества.
В каком возрасте рассказать ребенку о пауках
Ребенок, скорее всего, познакомится с пауком еще до того, как вы начнете свою «просветительскую деятельность». Это животное встречается во многих детских сказках и мультфильмах и чаще всего — не в самой привлекательной роли. А еще, к сожалению, паук часто встречается в обычной жизни — если и не дома, то на улице обязательно.
Рассказать о пауке можно ребенку любого возраста. Здесь важно соблюсти баланс — нужно, чтобы малыш не испугался, но и не проникся к этому животному симпатией настолько, чтобы брать его в руки.
Уже в 2-3 года можно показать ребенку паука. Сначала — на картинке. Малыш должен понять, что это не монстр, не инопланетное чудовище, от которого можно ждать чего угодно. Это животное, ученые изучают его и хорошо знакомы с его особенностями и повадками.
С более детальным изучением пауков ребенок столкнется уже в школе, в рамках изучения окружающего мира. Но первые знания вполне доступны и 5-6-летнему ребенку.
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.
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.
Чем питаются пауки
Принципиально важный вопрос, так как паук плетет паутину все же в первую очередь для добычи пропитания. Отметим, что все без исключения виды пауков – хищники. Однако их рацион сильно зависит от размеров, методов охоты и места проживания. Все тенетные (плетущие сети) пауки насекомоядны, причем в основе их рациона – преимущественно летающие формы.
Хотя если на паутину свалится с дерева ползающий персонаж, ее владелец им не побрезгует. Те, кто живет в норках и поближе к земле, едят в основном прямокрылых и жуков, хотя могут затащить в свое убежище небольшую улитку или червя. Среди разнообразия того, чем питаются пауки, есть и более крупные объекты.
Для водяного представителя племени с названием Argyroneta жертвами становятся рачки, водные насекомые и рыбьи мальки. Экзотические гиганты-птицееды охотятся на лягушек, птиц, маленьких ящериц и мышей, хотя большую часть их рациона составляют все те же насекомые. Но есть и более привередливые виды. Особи семейства Mimetidae охотятся только на пауков, не принадлежащих их виду.
Из чего состоит и где образуется
В состав паутины входят следующие вещества:
- органические соединения — белок фиброин, из которого состоит основная внутренняя нить, и гликопротеиды, образующие нановолокна, расположенные вокруг основной нити. Благодаря фиброину паутина схожа по составу с шёлком, но гораздо эластичнее и прочнее;
- неорганические вещества — химические соединения калия (гидрофосфат и нитрат). Их количество невелико, но они придают паутине антисептические свойства и защищают её от грибков и бактерий, создают благоприятную среду в железах паука для формирования нитей.
В брюшке у паука находятся паутинные железы, где образуется жидкое вещество, выходящее через прядильные трубочки, расположенные на паутинных бородавках. Их можно наблюдать в самом низу брюшка.
Вязкая жидкость выходит из трубочки и быстро твердеет на воздухе. При помощи задних лап паук вытягивает нить и использует для плетения. Один паук способен произвести нить 0,5 км в длину. Знаете ли вы?Наиболее распространённый у нас паук-крестовик плетёт наиболее известную круглую ловчую сеть. Паучиха всегда выплетает конструкцию из 39 лучей, на которых находится 35 спиральных кругов с 1245 креплениями. Эту работу крестовики проделывают в ночное время и обновляют сеть через каждые 1–2 суток.
