Паутина: устройство и плетение¶
Паутина — тончайшая конструкция из нитей, которую плетут пауки (отряд Araneae) с помощью паутинных желёз, расположенных в брюшке. Паутина служит ловчим устройством для добывания пищи, а также используется как укрытие, гнездо и средство расселения. Существует несколько десятков типов паутин, но все они построены из одного и того же материала — белковой нити, которая по прочности на разрыв сравнима со сталью того же диаметра, а по удельной прочности превосходит её.
¶Состав паутинной нити
Паутинная нить вырабатывается в паутинных железах, которых у большинства пауков от двух до шести пар. Каждая пара желез имеет собственную форму и выделяет нить с определёнными свойствами. Внутри железы жидкий секрет поступает по протоку к выводному отверстию — блигу, — где под действием сокращения мышц и изменения pH нить затвердевает.
Основные типы нитей:
- Аморфная (связующая) — липкая, покрыта капельками клейкого вещества, удерживает добычу.
- Радиальная (каркасная) — сухая, прочная, не липкая, образует несущие «спицы» колеса.
- Флагеллум — тончайшая нить, используемая для опутывания добычи.
- Пули — мягкая, объёмная нить, служащая яйцевой оболочкой.
Химический состав нити — белок-фиброин, близкий по структуре к шёлку. Нить состоит из кристаллических областей, отвечающих за прочность, и аморфных участков, придающих эластичность. Паук может изменять свойства нити, регулируя скорость вытягивания и состав секрета: при быстром вытягивании нить получается более прочной, при медленном — более эластичной.
¶Типы паутин
| Тип паутины | Описание | Примеры |
|---|---|---|
| Ловчее колесо (орбитальная) | Классическая круглая сеть с радиальными нитями и липкой спиралью | Пауки-кругопряды (Araneidae) |
| Плоская сеть | Сеть без липкой спирали, добыча ловится липкими нитями на поверхности | Пауки-тенетники (Tetragnathidae) |
| Тенетная (домашняя) | Нерегулярная сеть из липких нитей в углах помещений | Пауки-головастики (Pholcidae) |
| Воронковая | Трубка-воронка из плотной ткани, ведущая в укрытие | Пауки-воронковые (Agelenidae) |
| Ловчая яма | Сеть в виде чаши с липкими нитями на дне | Пауки-паутинники (Lycosidae) |
| Прыгучая (скрытная) | Небольшая площадка-подушка, к которой паук прикреплён страховочной нитью | Пауки-скакуны (Salticidae) |
¶Как паук плетёт паутину
¶Подготовка
Перед началом работы паук закрепляет опорную нить на ветке или другом объекте. Для этого он выпускает нить на ветру и ждёт, пока поток воздуха прижмёт её к противоположной поверхности. Затем паук переходит по нити на новую точку и закрепляет её, повторяя процедуру несколько раз, пока не будет построена прочная рама.
¶Каркас
Паук создаёт радиальные нити — «спицы», расходящиеся от центра к периметру. Каждая спица начинается с центрального узла, к которому паук прикрепляет нить, вытягивая её задними лапками из блигов. Нить закрепляется на раме, и паук возвращается к центру, чтобы начать следующую спицу. Обычно каркас состоит из 20–40 радиальных нитей.
¶Липкая спираль
После построения каркаса паук начинает плести липкую спираль, двигаясь от периферии к центру. Он вытягивает аморфную нить задними лапками, прикрепляя её к каждой радиальной ните. Каждый виток спирали отстоит от предыдущего на определённое расстояние, которое зависит от вида паука. Липкая нить покрыта капельками клейкого секрета, выделяемого агрегатными железами.
¶Завершение
После завершения спирали паук срезает и съедает центральную часть сети, оставляя отверстие для входа. Затем он удаляет временные нити, использованные при построении каркаса, и занимает позицию в центре или у края сети, ожидая добычу.
¶Свойства паутинной нити
Паутинная нить обладает рядом уникальных свойств:
- Прочность — на разрыв нить выдерживает нагрузку, в 5–10 раз превышающую прочность стали того же диаметра.
- Эластичность — нить может растягиваться на 30–50% без разрыва, поглощая энергию удара насекомого.
- Липкость — клейкое вещество на поверхности нити сохраняет свойства в широком диапазоне влажности.
- Лёгкость — удельный вес нити в 5 раз меньше, чем у стали.
Благодаря этим свойствам паутина способна удерживать насекомых, летящих со скоростью до 10 м/с, не разрушаясь при ударе.
¶Применение в технике
Паутинная нить изучается как биомиметический материал. В России и за рубежом ведутся исследования по синтезу искусственных аналогов паутинного белка для производства сверхпрочных волокон, медицинских имплантов и биоразлагаемых материалов. В 2000-х годах учёные из Германии и Швейцарии получили небольшие количества паутинного белка, синтезированного генетически модифицированными козами и бактериями, однако промышленное производство пока не налажено.
¶Интересные факты
- Пауки-кругопряды плетут новую паутину почти каждый день, съедая старую для восстановления белка.
- Некоторые виды пауков (например, пауки-тенетники) плетут сети размером до нескольких метров.
- Паутина используется птицами для строительства гнёзд, а также как средство расселения пауков — молодые особи выпускают нить на ветру и перелетают на значительные расстояния.
- В природе паутина выполняет роль «воздушного фильтра», улавливая пыль и мелких насекомых.
Источники:
- «Пауки России» — В. Э. Кистяковский
- «Spider Silk: Structural Adaptations and their Applications» — F. Vollrath, D. Porter
- «Биомеханика паутинной нити» — журнал «Биофизика»
- «Пауки: биология, поведение, экология» — под ред. М. В. Фролова