Химические тайны паутины. Загадки паутины Какая нить самая прочная стальная или паутина

Поперечный разрез нити, проволоки, даже паутины, как бы мал он ни был, все же имеет определенную геометрическую форму, чаще всего форму окружности. При этом диаметр поперечного сечения или, будем говорить, толщина одной паутины примерно 5 микронов (5 }

Мм. Есть ли что-нибудь тоньше паутины? Кто

U000 ) У У

самая искусная «тонкопряха»? Паук или, может быть, шелковичный червь? Нет. Диаметр нити натурального шелка 18 микронов, т.е. нить в 3"/ 2 раза толще одной паутины.

Люди издавна мечтали о том, чтобы своим мастерством превзойти искусство паука и шелковичного червя. Известна старинная легенда об изумительной ткачихе, гречанке Арахнее. Она в таком совершенстве овладела ткацким ремеслом, что се ткани были тонки, как паутина, прозрачны, как стекло, и легки, как воздух. С ней не могла соперничать паже сама Афина - богиня мудрости и покровительница ремесел.

Рис. 162.

Эта легенда, как и многие другие древние легенды и фантазии, в наше время стала былью. Современной Арахнеей, самой искусной «тонкопряхой», оказались инженеры-химики, создавшие из обыкновенной древесины необычайно тонкое и удивительно прочное искусственное волокно. Шелковые нити, полученные, например, медноаммиачным промышленным способом, в 2‘/г раза тоньше паутины, а в прочности почти нс уступают нитям натурального шелка. Натуральный шелк выдерживает нагрузку до 30 кг на 1 кв. мм поперечного сечения, а медноаммиачный - до 25 кг на 1 кв. мм.

Любопытен способ изготовления медноаммиачного шелка. Древесину превращают в целлюлозу, а целлюлозу растворяют в аммиачном растворе меди. Струйки раствора через тонкие отверстия выливают в воду, вода отнимает растворитель, после чего образующиеся нити наматывают на соответствующие приспособления. Толщина нити медноаммиачного шелка 2 микрона. На 1 микрон толще ее так называемый ацетатный, тоже искусственный, шелк. Поразительно то, что некоторые сорта ацетатного шелка крепче стальной проволоки! Если стальная проволока выдерживает нагрузку в 110 кг на один квадратный миллиметр поперечного сечения, то нить ацетатного шелка выдерживает 126 кг на 1 кв. мм.

Рис. 163.

Всем нам хорошо известный вискозный шелк имеет толщину нити около 4 микронов, а предельную прочность от 20 до 62 кг на 1 кв. мм поперечного сечения. На рис. 162 приведена сравнительная толщина паутины, человеческого волоса, различных искусственных волокон, а также волокон шерсти и хлопка, а на рис. 163 - их крепость в килограммах на 1 кв. мм. Искусственное, или, как его еще называют, синтетическое, волокно- одно из крупнейших современных технических открытий и имеет огромное хозяйственное значение. Вот что рассказывает инженер Буянов: «Хлопок растет медленно, и количсство его зависит от климата и урожая. Производитель натурального шелка - шелковичный червь - чрезвычайно ограничен в своих возможностях. За свою жизнь он выпрядет кокон, в котором имеется лишь 0,5 г шелковой нити...

Количество искусственного шелка, полученного путем химической переработки из 1 куб. м древесины, заменяет 320 000 шелковых коконов или годовой настриг шерсти с 30 овец, или средний урожай хлопка с ’/г га. Этого количества волокон достаточно для выработки четырех тысяч пар женских чулок или 1500 м шелковой ткани».

Легко смахивая паутину во время уборки или прогулки по лесу, немногие задумываются над тем, как и из чего паук её сплёл. А ведь это уникальное творение необычайной крепости. Узнаем, как пауки плетут свою сеть, откуда берут для неё материал и из чего она состоит, её формы и назначение, а также - как этот естественный материал может использовать человек.

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.

Какие есть виды

Пауки, в зависимости от вида, могут плести разную паутину.

Форма может быть следующей:

Как и сколько времени пауки плетут паутину

Наиболее известную круглую сеть паук плетёт 0,5–3 часа. Длительность плетения зависит от размера сетки и погоды. При этом лучшим помощником обычно становится ветер, относя выпущенную пауком нить на приличные расстояния.

Именно по ветру располагается паутина, натянутая между деревьями. Тоненькая ниточка переносится воздушным потоком, цепляется за соседнее дерево и прекрасно выдерживает передвижения своего создателя.

Он периодически обновляет плетёную сеть, так как со временем она теряет способность удерживать добычу.

Паук обычно поедает старую паутину, чтобы обеспечить себя строительным материалом, необходимым для плетения нового изделия. Автоматические действия для построения сети заложены на генетическом уровне и передаются по наследству.

Свойства и функции

Паутина обладает следующими свойствами:

1. Очень прочная . Благодаря особой структуре её прочность сравнима с нейлоном, она в несколько раз прочнее стали.
2. Внутренняя шарнирность . Подвешенный на паутинную нитку предмет можно как угодно долго вращать в одну сторону без образования перекручивания.
3. Очень тонкая . Паучья нить имеет чрезвычайно малую толщину в сравнении с нитями других живых существ. У многих семейств пауков она составляет 2–3 микрона. Для сравнения - толщина нитки шелкопряда находится в пределах 14–26 микрон.
4. Клейкость . Сами по себе нити не липкие, они усеяны каплями клейкой жидкости. Впрочем, паук для создания паутины выделяет не только клейкую, но и лишённую клеевых частичек нить.

Знаете ли вы? Удалось вывести вид шелковичных червей, производящих паучий шёлк. Исследователи из Америки смогли выработать технологию, позволяющую производить шёлковые волокна, имеющие свойства нитей паутины. Разработки в данном направлении ещё ведутся, а наладить производство таких волокон в промышленных масштабах на данный момент невозможно.

Паутина необходима для жизнедеятельности паука.
Она выполняет следующие функции:

1. Убежище. Сотканная паутина служит хорошим укрытием от непогоды, а также от врагов в естественной среде.
2. Создание благоприятного микроклимата. Например, у водяных пауков она наполнена воздухом и позволяет им находиться под водой. Ею они также закрывают раковины, в которых живут на дне.
3. Ловушка для объектов пропитания. Паук плотояден, и его рацион состоит из насекомых, запутавшихся в липкой сети.
4. Материал для создания кокона, из которого появляются новые паучки.
5. Приспособление, играющее роль в процессе размножения. В ходе брачного периода женские особи сплетают длинную нить и оставляют висеть для того, чтобы проходивший рядом самец мог легко добраться до них.
6. Обман хищников. Некоторые пауки-кругопряды с её помощью склеивают мусор и делают муляжи, к которым крепят нить. В случае опасности они дёргают за нить и отвлекают внимание от себя движущимся муляжом.
7. Страховка. Перед нападением на жертву пауки крепят паутинную нить к какому-нибудь предмету и прыгают на добычу, используя нить как страховку.
8. Средство передвижения. Молодые паучки при помощи длинной ниточки покидают «отчий дом». Пауки, обитающие в водоёмах, используют паутинное плетение как водный транспорт.

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.

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.

Почему паук не прилипает к своей паутине

Охотясь за своим жертвами (мухами, мошками и прочими насекомыми), которые запутываются в расставленных липких сетях, сам паук не приклеивается к собственной ловушке.

Рассмотрим факторы, благодаря которым паук не липнет к своему изделию:

1. Не все паучьи сети покрыты клеевой жидкостью, а только некоторые участки, которые хорошо известны её создателю. Липкими являются именно круговые нити, а центральные не пропитаны клейким веществом.
2. Лапки паука полностью покрыты коротенькими и тоненькими волосками. Эти волоски быстро снимают с нитей паутины невидимые глазом капельки клея. При нахождении лапки на участке паутинной сети частички клея находятся на волосках. Когда паук убирает лапку с участка без клея, волоски при скольжении о нить возвращают частички клея назад.
3. Особое вещество, которое покрывает лапки паука, снижает уровень взаимодействия с клеем, что дополнительно помогает от прилипания.

Видео: о паутине пауков Итак, паутина синтезируется в паутинных железах, находящихся на брюшке пауков, и имеет преимущественно белковый состав. Эти членистоногие плетут её для разных потребностей, и она бывает различных форм.

Важно! Пыль, скопившаяся на паутинной сетке, а также насекомые, запутавшиеся в ней, способствуют созданию антисанитарных условий в жилом помещении. Поэтому не нужно забывать удалять паутину при уборке.

Более того - она обладает необычайными свойствами, которое человечество может использовать в своих целях. Учёные разных стран пытаются синтезировать вещество, подобное ей.

Паукообразные выделяются из всех насекомых способностью плести удивительные паутинные узоры.
Как паук плетет паутину — невозможно себе представить. Маленькое существо создает большие и прочные сети. Удивительная способность сформировалась 130 млн лет назад.

Все возможности у животных появляются и закрепляются при естественном отборе неслучайно. Каждое действие имеет строго определенное назначение.

Паук плетет паутину для достижения жизненно важных целей:

• ловли добычи;
• размножения;
• укрепления своих норок;
• страхования при падении;
• обмана хищников;
• облегчения передвижения по поверхностям.

Отряд пауков состоит из 42 тысяч видов, у каждого из которых есть свои предпочтения в использовании паутинной конструкции. Для удержания жертвы сетку используют все представители. Самцы — аранеморфы на сетке оставляют выделения семенной жидкости. Затем паук на паутине прогуливается, собирая выделения на органы совокупления.

После оплодотворения малыши формируются в защитном паутинном коконе. Некоторые самки на сетке оставляют ферромоны – вещества, привлекающие партнеров. Кругопряды обволакивают нитями листья, веточки. В результате получаются муляжи для отвлечения хищников. Серебрянки, живущие в воде, делают домики с воздушными полостями.

Размеры сети зависят от вида пауков. Некоторые тропические паукообразные создают «шедевры» с диаметром 2 м, способные удержать даже птицу. Обычные паутинные сети имеют меньшие размеры.
Интересно узнать – сколько паук плетет паутину. Зоологам удалось выяснить, что крестовик справляется с работой за несколько часов. На создание узоров большой площади у представителей жарких стран уходит несколько дней. Главную роль в процессе выполняют специальные органы.

Строение паутинных желез

На брюшке насекомого имеются выросты – паутинные бородавки с отверстиями в виде трубочек.
По этим протокам из паутинной железы наружу поступает вязкая жидкость. При попадании на воздух гель превращается в тонкие волокна.

Химический состав паутины

Уникальная способность выделяющегося раствора застывать объясняется структурными компонентами.

В состав жидкости содержится большая концентрация белка, содержащая следующие аминокислоты:

• глицин;
• аланин;
• серин.

Четвертичная структура белка при выталкивании из протока изменяется таким образом, что в результате формируются нити. Из нитевидных образований впоследствии получаются волокна, прочность которых
в 4 – 10 раз больше прочности человеческого волоса.,
в 1,5 – 6 раз прочнее стальных сплавов.

Теперь становится понятно — как паук плетет паутину между деревьями. Тонкие прочные волокна не разрываются, легко сжимаются, растягиваются, вращаются без скручивания, соединяют ветки в единую сеть.

Цель жизни паука – добыча белковой пищи. Ответ на вопрос «Почему пауки плетут паутину» очевиден. Прежде всего, для охоты на насекомых. Они изготавливают ловчую сеть сложной конструкции. Внешний вид узорчатых структур отличается.

• Чаще всего мы видим многоугольные сети. Иногда они бывают почти круглыми. Плетение от пауков требует невероятной сноровки и терпения. Сидя на верхней ветке, они формируют нить, которая зависает в воздухе. Если повезет, то нитка быстро зацепится за ветку в подходящем месте и паук, переместится на новую точку для дальнейшей работы. Если нитка никак не зацепляется, паук подтягивает ее к себе, съедает ее, чтобы продукт не пропадал, и начинает процесс заново. Постепенно формируя каркас, насекомое приступает к созданию радиальных основ. Когда и они будут готовы, дело остается за малым — сделать соединительные нити между радиусами;
• У воронковых представителей подход другой. Они изготавливают воронку и затаиваются на дне. Когда приближается жертва, паук выскакивает и затягивает ее в воронку;
• Некоторые особи формируют сеть из зигзагообраных нитей. Вероятность того, что жертва не выпутается из такого узора значительно больше;
• Паук с названием «бола» не утруждает себя, выплетает всего одну нить, на которой в конце находится капелька клея. Охотник выстреливает нитью в жертву, приклеивая ее намертво;
• Пауки – огры оказались еще хитрее. Они делает маленькую сетку между лапами, затем набрасывают на требуемый объект.

Конструкции зависят от условий проживания насекомых, их видовой принадлежности.

Заключение

Выяснив — как паук плетет паутину, каковы ее особенности, остается восхититься этим творением природы, пытаться создать что-то подобное. В нежных узорах вязанных шалей мастерицы копируют узоры. По аналогичным схемам делают антенны, сети для ловли рыб и животных. Полностью смоделировать процесс человеку пока не удалось.

Видео: Паук плетет паутину

Паутина — секрет паутинных желёз, который вскоре после выделения застывает в форме нитей. По химической природе представляет собой белок, близкий по составу к шёлку насекомых.Этот белок обогащён глицином, аланином и серином. Внутри паутинной железы она существует в жидкой форме. При выделении через многочисленные прядильные трубочки , открывающиеся на поверхности паутинных бородавок , происходит изменение структуры белка, вследствие чего он затвердевает в форме тонкой нити. В дальнейшем паук переплетает эти первичные нити в более толстое паутинное волокно.

Наиболее известный вариант использования паутины пауками — построение ловчих сетей, которые в зависимости от строения способны полностью обездвижить добычу, затруднить её передвижения или только просигнализировать о её появлении. Пойманную добычу пауки также часто заворачивают в сеть.

Пауки прядут паутину, играющую очень важную роль в их жизни, и находят ей самые разные применения. Это и паутинные коконы, где в тепле и безопасности из яиц развиваются крохотные детеныши; и спасательные тросы вроде альпинистских, которые крепятся к растениям и не дают пауку упасть на землю. Из паутины пауки свивают гнезда на зиму и, наконец, плетут ловчие сети.

Для разных целей пауки умеют прясть разные нити. Если нужна нить для ловчей сети, тогда особые железы, расположенные рядом с паутинными, покрывают ее слоем клейкого вещества. Чтобы перебраться с места на место или прикрепить ловчую сеть, вырабатывается сухая нить. Другие железы выделяют вещества, из которых прядется нить для свивания кокона. Нить паутины прочнее стальной проволоки того же диаметра и может, не разорвавшись, растянуться еще на треть своей длины.Чтобы не попасть в собственную ловчую сеть, паук постоянно вырабатывает немного сухой нити. Он хорошо знает, где находятся безопасные участки, и, притаившись на одном из них, терпеливо ждет, пока жертва не попадет в тенета. К тому же, лапки паука выделяют маслянистое вещество, благодаря которому они не приклеиваются к паутине.

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

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

Шелк паука - необычный материал. Одна из его особенностей, при необычной легкости паутины - огромная прочность. Разрывное усилие, выраженное в кг на 1 мм2, у паутины пауков колеблется от 40 до 261, а у гусеничного и искусственного шелка соответственно не превышает 43 и 20. Нить шелка толщиной с карандаш способна остановить Боинг-747.

Еще в семнадцатом веке инженеры обратили внимание на паутину, а именно, на то, что она представляет собой исключительно рациональную механическую конструкцию, работающую на растяжение таким образом, что все нити с точки зрения прочности материала находятся в самых выгодных условиях.

Любое нарушение нервной системы пауков тот час же отражается в рисунке паутины. Паукам давали различные вещества, и они каждый раз ткали свой особенный узор, который строго соответсвовал определенному веществу.

Это открытие неожиданно пригодилось в криминалистике. Давая пауку каплю крови человека, который, как подозревается, был отравлен, по характеру рисунка можно установить яд, которым человек был отравлен.

Почему паук не запутывается в своей паутине подобно тому, как в ней запутываются его жертвы? А происходит это потому, что паук всегда бегает только по гладким радиальным нитям, и никогда по клейким, концентрическим.

В Испании найдена древнейшая ископаемая паутина с прилипшими насекомыми(в кусочке янтаря), возраст которой-110 млн лет.

Пауки очень чувствительны. По их поведению можно предсказывать погоду. Если пауки развивают бурную деятельность вечером - ждите хорошую погоду. Если это происходит утром - погода будет ненастной.

По химическому составу паутина близка к шелку гусениц бабочек. Из паутины пауков нефил, которые водятся на тропических островах, китайцы изготавливали прочную ткань под названием «сатин восточного моря». В Европе из паутины шили красивую одежду.

Поленизийские рыбаки используют нить золотого паука-кругопряда как леску.
Некоторые племена в Новой Гвинеи использовали сети как шляпы, чтобы защитить головы от дождя

Вес паутины таков, что если бы паутиной один раз обмотать Землю по экватору, то вес ее бы составил всего 450 грамм

Зачем пауку паутина?

Большинство людей считает, что пауки используют шелк, только, чтобы плести паутину. На самом деле редко какое животное использует шелк столь разносторонне, как паук, который делает из него дома, плетет «линии жизни», «водолазные колокола», «аэропланы», лассо, эластичные ловушки и общеизвестную паутину.

Пауки не являются насекомыми, а принадлежат к классу паукообразных. В отличие от насекомых, у них восемь ног, в большинстве случаев восемь глаз, отсутствуют крылья и тело разделено на две части.

Пауки водятся практически в любом климате. Они могут бегать по земле, забираться на деревья и даже жить в воде.И для этого им нужна паутина...

Паук вырабатывает разные виды шелка: липкий шелк для паутины, в которую должны попадаться насекомые, прочный и не липкий шелк для ступенек паутины и особый шелк для кокона.

Даже паутины, сплетаемые пауками, бывают совершенно разной формы. Наиболее распространенная — круглая паутина, но бывают и квадратные паутины, плоские и в форме воронки или купола. Бывают паутины с крышками, чтобы добыча не ускользнула от них, некоторые пауки строят дом в виде колокола, целиком расположенного под водой.

Свою паутину паук использует при строительстве сетей для ловли добычи, потом своей нитью паук свою жертву обвязывает на всякий случай. Также паук может без страха прыгать или спускаться при помощи своей нити, бегать по паутинкам, как по дорожкам. Ну и что не маловажно пауки плетут коконы для своих яиц из все той же шелковой нити, чтобы защитить будущее потомство от неожиданных ситуаций, грозящих их смерти.

В джунглях Мадагаскара живет паук, плетущий паутину, которая может протянуться от одного берега реки или озера до другого, а используемая им нить состоит из самого прочного в мире материала биологического происхождения. «Паук Дарвина», открытый Инги Агнарссоном из Университета Пуэрто-Рико, который впервые столкнулся с подобными паутинами в 2001 году в Национальном парке Мадагаскара Ранамофана, не особенно велик, всего 1,5 дюймов в длину (при выпрямленных конечностях), но паутина, которую он плетет - огромна. Длина основной нити может достигать 80 футов, а окружность паутины составляет 9 футов квадратных. Эластичность нити в два раза превышает эластичность нитей любых других пауков, а учитывая тот факт, что предел ее прочности выше, чем у стали, нить этого паука является самым прочным известным науке материалом естественного происхождения.

Пауки принадлежат к древнейшим обитателям Земли: следы первых паукообразных найдены в породах, которым 340–450 млн лет. Пауки примерно на 200–300 млн лет старше динозавров и более чем на 400 млн лет – первых млекопитающих. У природы было достаточно времени, чтобы не только умножить число паучьих видов (их известно около 60 тыс.), но и вооружить многих этих восьминогих хищников удивительным средством охоты – паутиной. Рисунок паутины может быть различным не только у разных видов, но и у одного паука в присутствии тех или иных химических веществ, например взрывчатых или наркотических. Пауков даже собирались запустить в космос для исследования влияния микрогравитации на рисунок паутины. Однако больше всего загадок таило вещество, из которого состоит паутина.

Паутина, как наши волосы, шерсть животных, нити шелковичных червей, состоит в основном из белков. Но полипептидные цепи в каждой паутинной нити переплетены столь необычным образом, что обрели почти рекордную прочность. Одиночная нить, производимая пауком, столь же прочна, как стальная проволока равного диаметра. Канат, сплетенный из паутины, толщиной всего примерно с карандаш, мог бы удержать на месте бульдозер, танк и даже такой мощный аэробус, как «Боинг-747». Но плотность стали в шесть раз больше, чем паутины.

Известно, сколь высока прочность шелковых нитей. Классическим примером служит наблюдение, сделанное аризонским врачом еще в 1881 г. На глазах этого врача произошла перестрелка, в которой один из стрелявших был убит. Две пули попали в грудь и прошли навылет. При этом с обратной стороны каждой раны торчали кусочки шелкового носового платка. Пули прошли сквозь одежду, мышцы и кости, но не смогли разорвать попавшегося им на пути шелка.

Почему же в технике применяют стальные конструкции, а не более легкие и эластичные – из материала, подобного паутине? Почему шелковые парашюты не заменяют этим же материалом? Ответ прост: попробуйте-ка сделать такой материал, какой ежедневно легко производят пауки, – не получится!

Ученые разных стран мира долго изучали химический состав паутины восьминогих ткачей, и сегодня картина ее строения раскрыта более или менее полно. Нить паутины имеет внутреннее ядро из белка, называемого фиброином, и окружающие это ядро концентрические слои гликопротеидных нановолокон. Фиброин составляет примерно 2/3 массы паутины (а также, кстати, и натурального шелкового волокна). Это вязкая, сиропообразная жидкость, полимеризующаяся и затвердевающая на воздухе.

Гликопротеидные волоконца, диаметр которых может составлять всего несколько нанометров, могут располагаться параллельно оси фиброиновой нити или образовывать спирали вокруг нити. Гликопротеиды – сложные белки, которые содержат углеводы и имеют молекулярную массу от 15 000 до 1 000 000 а.е.м, – присутствуют не только у пауков, но и во всех тканях животных, растений и в микроорганизмах (некоторые белки плазмы крови, мышечных тканей, оболочек клеток и др.).

При образовании паутины гликопротеидные волоконца соединяются между собой за счет водородных связей, а также связей между СО- и NН-группами, причем значительная доля связей образуется в паутинных железах паукообразных. Молекулы гликопротеидов могут образовывать жидкие кристаллы со стержневидными фрагментами, которые укладываются параллельно друг другу, что придает структуре прочность твердого тела при сохранении способности течь подобно жидкости.

Основные составные части паутины - простейшие аминокислоты: глицин Н 2 NCН 2 СООН и аланин СН 3 СHNН 2 CООН. В паутине содержатся и неорганические вещества – гидрофосфат калия и нитрат калия. Их функции сводятся к защите паутины от грибков и бактерий и, вероятно, созданию условий для образования самой нити в железах.

Отличительная особенность паутины - экологичность. Она состоит из легко усваиваемых природной средой веществ и не вредит этой среде. В этом отношении паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека.

Паук может выделять до семи разных по строению и свойствам нитей: одни – для ловчих «сетей», другие – для собственного перемещения, третьи – для сигнализации и т. д. Почти все эти нити могли бы найти широкое применение в промышленности и быту, если бы удалось наладить их широкое производство. Однако «приручить» пауков, как тутовых шелкопрядов, организовать своеобразные паучьи фермы вряд ли возможно: агрессивные привычки пауков и черты единоличника в их характере вряд ли позволят это сделать. А для производства всего 1 м ткани из паутины требуется «работа» более 400 пауков.

Можно ли воспроизвести химические процессы, проходящие в теле пауков, и скопировать природный материал? Ученые и инженеры уже довольно давно разработали технологию кевлара – арамидного волокна:

получаемого в промышленных масштабах и приближающегося по свойствам к паутине. Волокна из кевлара в пять раз слабее паутины, но все же настолько прочны, что их используют для изготовления легких пуленепробиваемых жилетов, защитных шлемов, перчаток, канатов и др. Но кевлар получают в среде горячих растворов серной кислоты, в то время как пауку требуется обычная температура. Химики пока не знают, как приблизиться к таким условиям.

Однако к решению материаловедческой проблемы приблизились биохимики. Сначала были выявлены и расшифрованы паучьи гены, программирующие образование нитей того или иного строения. Сегодня это касается пауков 14 видов. Затем американские специалисты из нескольких исследовательских центров (каждая группа самостоятельно) ввели эти гены бактериям, пытаясь получить нужные белки в растворе.

Ученые канадской биотехнологической фирмы «Нексиа» ввели такие гены мышам, затем перешли на коз, и козы стали давать молоко с тем самым белком, который образует нить паутины. Летом 1999 г. двух африканских карликовых козлов, Петера и Уэбстера, генетически запрограммировали давать потомство коз, молоко которых содержало такой белок. Эта порода хороша тем, что потомство становится взрослым уже в трехмесячном возрасте. Фирма пока хранит молчание, как делать нити из молока, но уже зарегистрировала название созданного ею нового материала – «BioSteel» («биосталь»). Статья о свойствах «биостали» опубликована в журнале «Science» («Наука», 2002, т. 295, с. 427).

Другим путем пошли немецкие специалисты из Гатерслебена: они ввели гены, подобные паучьим, в растения – картофель и табак. Им удалось получить в картофельных клубнях и табачных листьях до 2% растворимых белков, состоящих в основном из спидроина (главного фиброина пауков). Предполагается, что, когда количества производимого спидроина станут значительными, из него в первую очередь будут делать медицинские бинты.

Молоко, полученное от генетически измененных коз, вряд ли можно отличить по вкусу от натурального. Генетически модифицированный картофель похож на обычный: его в принципе тоже можно варить и жарить.