Особливості біології та екології павука-хрестовика (Araneus diadematus)
Курсовой проект - Биология
Другие курсовые по предмету Биология
чнішою.
Особлива обробка перетворює натуральну павутину в супернитку, що міцніша в 5 разів і розтягується втричі краще.
Супернитка товщиною в 1 мм зможе витримати вже з півтонни, вона розтягується в півтора-два рази та має майже ту ж щільність. Технологія такої обробки описана в статті, опублікованій в останньому номері Science.
Вчені спробували отримати чергове підтвердження гіпотезі, що свою силу особливо міцні біологічні матеріали - зубна емаль, клішні, елементи скелету, жала деяких організмів - черпають із порівняно невеликих неорганічних включень у білковій матриці. Замість того, щоб будувати нескінченні графіки кореляції параметрів міцності з кількістю металу в білку, Лі Син Мо і його колеги вирішили прямо порівняти, як буде відрізнятися павукова нитка, у якій мало металу, від павукової нитки, у якій його багато.
Павутинку вчені добули за допомогою павука роду Araneus, намотуючи її на мідну скріпку. Аранеуси - близькі родичі знайомого нам усім павука-хрестовика, у їхнє число входить і він сам. Який вид аранеусів використовувався, не уточнюється, але оскільки спіймали його фізики прямо у дворі свого інституту в Галлі, в центрі Європи, навряд чи це був екзотичний екземпляр.
Отримані від павука нитки експериментатори помістили у вакуумну камеру. Тут їх висушили та піддали багаторазовим циклам осадження на поверхню павутинок металевих сполук, що перемежовувалися витримуванням у парах води.
Спочатку як така сполука використовувався диетилцинк Zn(C2H5)2, оскільки цинк гарантовано працює підсилювачем міцності хоча б в одного виду він відповідає за надзвичайну міцність зубів багатощетинкових хробаків нереїд, які легко гризуть коралові скелети. Потім до цинку додали алюміній у формі триметилалюмінію Al(CH3)3 і відомий своєю міцністю титан (IV) у формі Ti(OCH(CH3)2)4.
Після кількох сотень таких циклів (кожен тривалістю 1-2 хвилини) на поверхні павутинки залишалася тонка плівка оксиду - цинку, алюмінію або титану відповідно. І механічні показники - що вихідний модуль Юнга, що межа міцності, - різко збільшувалися. Краще всіх себе показав титан, і в цілому, чим більше циклів метал/вода було, тим краще був результат.
Можна було б подумати, звичайно, що зайву силу павутині дало зовнішнє покриття, однак це не так. За покращання міцності та еластичності відповідають атоми металу, що проникли в білкову структуру самої павутини.
Саме по собі оксидне покриття великого виграшу не давало (наприклад, воно не розтягується навіть на 1%), та й від товщини його шарую механічні характеристики залежали слабо. А ось зафіксувати сліди титану всередині самої нитки вченим вдалося за допомогою спектрометрії та електронного мікроскопу.
Як виявилося, важливим був і сам процес введення металу в білок - навіть повноцінне вимочування ниток протягом 10 годин у диетилцинку і йому подібним не давало результату, хоч трохи порівнянного з багаторазовими циклами осадження металу й води.
Лі Син Мо і його колеги думають, що атоми металів допомагають склеювати окремі білкові молекули, з яких складається павукова нитка. У натуральній павутині цю роботу виконують слабкі водневі звязки між атомами на кінцях паралельних одна одній молекул; саме велика кількість таких взаємозамінних звязків і дає павутині її силу.
В металізованій павутині замість слабких водневих встановлюються сильні ковалентні звязки, думають німецькі вчені, що й надає додаткову міцність.
Роль водяної пари в цьому процесі - розмочити білкові структури, щоб атоми металу могли проникнути усередину. Як визнають вчені, міркування про ковалентні звязки - лише гіпотеза, для перевірки якої буде потрібно ще чимало експериментів.
Висновок
Важко повірити, але саме павука-хрестовика (Araneus diadematus) у нас плутають з підступним каракуртом частіше за інших. Павук-хрестовик - справжній друг людини: Коли полювання особливо вдале, деякі павуки з роду аранеус (і серед них наш звичайний хрестовик) ловлять в своїх тенетах по пятсот комах за добу. Мухи в цьому улові переважають. На тілі однієї мухи налічується 26 мільйонів мікробів, від яких люди хворіють на туберкульоз, сибірську виразку, холеру, дизентерію, різних глистів . По хворобливості укус хрестовика нагадує укол шпильки і ніяких наслідків не викликає.
У кожного павука своя “технологія виробництва” павутини. Павук-хрестовик завжди починає з будівництва трикутної або чотирикутної рами основи майбутньої пастки. Після цього прокладає кілька ниток, що перетинаються в центрі рами, а потім тягне від центра близько 30 радіальних ниток. На них він кладе допоміжну спіральну нитку, ніби риштування для остаточної ловильної спіралі з великою кількістю витків. Ловильна спіраль покривається липким павутинним секретом і замінює допоміжну нитку, яку павук відкушує частинами й викидає.
Дуже цікаво спостерігати, як хрестовик зєднує павутиною дві точки. Коли відстань невелика, павук кидає в ціль клейкий клубочок з ниткою, кінець якої тримає, або переповзає туди, тягнучи за собою закріплену в першому пункті нитку. Інколи він спускається по довгій нитці й, гойдаючись під вітром, чіпляється де потрібно. А буває, що випускає кілька павутин і спокійно чекає, поки вітер їх не приклеїть.
Готові сіті, що нагадують неправильної форми колесо із спицями діаметром до 0,5 м, мають близько 120 тис. липких вузликів. Хрестовик або висить у центрі павутини, або ховається десь збоку, і тоді його зєднує з пасткою сигнальна