Найдите все возможные способы применения паутины пауками
Зачем паукам паутина?
Как и в каких целях используют пауки паутину?
Прежде всего многие виды пауков используют паутину для строительства убежищ, жилищ. Одни виды делают из паутины выстилку норки и крышечку, закрывающую вход в нее; другие строят логовища разнообразной формы. Логовища служат для укрытия от врагов и неблагоприятных условий; обычно они же используются и как гнезда при выведении потомства. Некоторые виды строят специальные логовища в виде замкнутого мешка из паутины, в котором укрываются во время линьки и зимовки. Подводный паутинный «колокол» паука-серебрянки содержит запас воздуха для дыхания.
Все пауки сооружают из паутины коконы, в которые помещают свои яйца (иногда в коконе первое время сидят и вылупившиеся паучата). Кокон защищает их от перегрева, высыхания, болезнетворных микроорганизмов, хищников и паразитов и т. п. Кроме того, самки бродячих пауков могут таскать с собой яйца в коконе.
При размножении паутина используется несколькими разными способами. Самцы большинства видов пауков, прежде чем набрать сперму в копулятивные органы, расположенные на педипальпах, выделяют капельку спермы на специальные нити или сеточку из паутины. Половозрелые самки привлекают самцов запахом своей паутины. Самец, приближаясь к самке, особым образом подергивает нити ее сети, что позволяет самке отличить самца от добычи и повышает ее готовность к спариванию. Самцы некоторых видов плетут специальную «брачную сеть», на которую «заманивают» самку ритмическими подергиваниями. Иногда самец при спаривании опутывает самку паутиной, видимо, чтобы обезопасить себя от съедания.
Разнообразными способами используется паутина и при ловле добычи. Многие виды пауков по колебанию особых сигнальных нитей узнают, что жертва попала в сеть или пробегает мимо норки. Некоторые пауки (в том числе и бродячие) опутывают добычу паутинными нитями или приклеивают к специальной подстилке, чтобы обездвижить. Многие пауки для ловли добычи используют сети. При этом часть нитей в сети сухая и по ним движется паук; остальные нити покрыты липким секретом, к которому приклеивается добыча. Есть пауки, которые ловят добычу, отпуская растянутую за отдельную нить сеть или набрасывая растянутую ногами сеточку на жертву. Часть пауков использует для ловли добычи и отдельные нити: забрасывают жертву пучками паутинных волокон, размахивают паутинкой с липкой капелькой на конце, к которой приклеивается пролетающая жертва. Наконец, пауки одного из родов выбрызгивают через хелицеры на добычу жидкость из особого отдела ядовитых желез, которая застывает на воздухе в виде зигзагообразной нити, приклеивая жертву к земле (правда, эта «паутина» негомологична паутине остальных пауков, но по составу близка к ней).
Некоторые пауки сооружают в своих сетях особые плотные ленты из паутины — стабилименты. Ученые полагают, что стабилименты заставляют птиц избегать этих сетей и таким образом защищают паука от нападения, а сеть от порчи. Есть пауки, плетущие на листе паутинный покров, помещаясь в центре которого они приобретают сходство с птичьим пометом. Это сходство может служить как для защиты, так и для привлечения добычи (такие пауки издают запах помета, привлекающий мух).
Пауки используют паутину и для передвижения. Некоторые виды при охоте спускаются на паутинной сети к поверхности почвы и хватают добычу. Потревоженные пауки многих видов падают из сети на паутинной нити, по которой потом поднимаются обратно. Наконец, молодые паучки могут выделять легкую паутинную нить и, прикрепляясь к ней, расселяются с помощью ветра.
Источник
Как пауки используют паутину
Пауки используют паутину для самых разных целей. Из этого прочного, упругого и легкого материала они сооружают ловчие сети, крышки люков, водолазные колокола, коконы.
Домовой паук (Tegenaria), нередко встречающийся в наших домах, любит плести сети из своей тонкой, но крепкой паутины в каком-нибудь тихом углу, чаще всего на чердаках и в кладовых. Защищенные от дождя и ветра, они могут висеть здесь десятилетиями и собирать пыль. Прочность этих нитей намного выше, чем прочность лучшей стальной проволоки той же массы, а снаружи они покрыты бактерицидным веществом, препятствующим разрушению паутины микроорганизмами. Не удивительно, что пауки нашли для своих чудесных нитей множество применений.
Уникальная колыбелька
Пауки прочно ассоциируются у нас с ловчими сетями, однако большинство видов этим приспособлением вообще не пользуется. Зато все пауки сплетают из паутины коконы для защиты потомства. Особенности кокона определяются тем, в какой среде живет паук и какой образ жизни он ведет. Некоторые из паучьих коконов имеют такие толстые стенки, что не пропускают внутрь микробов, другие покрыты маскирующими их соринками, третьи закреплены на особых стебельках, чтобы хищникам было сложнее до них добраться.
Некоторые особо заботливые паучихи предпочитают не оставлять потомство без присмотра. Например, самка бродячего паука Pisaura mirabilis, охотясь в траве на насекомых, закрепляет кокон на своем теле и всегда носит его с собой. Когда же детенышам приходит время вылупляться из яиц, самка сплетает вокруг кокона еще одну паутину – своего рода колыбельку, в которой под бдительным присмотром матери появляются на свет и проходят начальную стадию развития маленькие паучки. Но, перелиняв в первый раз, они разбегаются в разные стороны, чтобы не быть съеденными собственными братьями или сестрами.
Водолазный колокол из паутины
Пожалуй, самый оригинальный способ применения паутины нашел паук-серебрянка, широко распространенный в прудах Европы. Как удается ему дышать под водой, не имея никакого водолазного оборудования?
Пауки-серебрянки научились строить настоящие водолазные колокола, заполненные воздухом. Вначале паук плетет под водой паутину, закрепленную на водных растениях, а затем поднимается к поверхности за воздухом. Воздух задерживается между волосками на брюшке серебрянки. Паук доставляет его в свое подводное жилище, а затем «счищает» с волосков ногами. Он повторяет эту операцию много раз подряд, до тех пор пока колокол не окажется заполнен достаточным количеством воздуха. Подводное жилище позволяет серебрянке реже подниматься на поверхность и успешно охотиться в толще воды на различных беспозвоночных.
Когда кислорода в колоколе становится мало, паук обновляет запасы воздуха. Всю свою жизнь пауки-серебрянки проводят под водой, питаясь и размножаясь внутри своих воздушных колоколов.
Источник
Как заставить пауков работать на нас?
14 декабря 2020
Как заставить пауков работать на нас?
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Пауки — интереснейшие создания природы, а их удивительная среда обитания — паутина — уже давно рассматривается учеными, как источник получения альтернативных биоматериалов. Статья рассказывает о способах приручения и «воспитания» пауков с целью воспроизводства и использования волокон паутины.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Школьная» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Партнеры номинации — медико-биологическая школа «Вита» и «Новая школа».
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Они поймали в кустах трёх мохнатых пауков и.
заставили их работать.
Один паук плёл из паутины сетку для рыбной ловли.
Второй паук плёл из паутины одежду.
Н. Сладков. Планета чудес
В прошлом веке человечество пережило не одну техническую революцию. Эти революции изменили нашу жизнь. Такие изобретения, как автомобили, самолеты, телевизоры, лазеры, компьютеры и Интернет приучили нас к переменам. История показала, что мы не можем стоять на месте. Техногенные революции затронули и область производства новых материалов для разных сфер нашей жизни. От тяжелого машинного оборудования и твердых металлов человечество переходит к биотехнологиям и биоматериалам. Одним из таких перспективных материалов является паутина — удивительный материал, сочетающий в себе прочность стали, жесткость кевлара и легкость. паутины. А еще оказалось, что паутина может эффективно применяться в различных медицинских биоконструкциях, поскольку паутинный материал биологически совместим с организмом человека [1].
Паутина обладает кровоостанавливающим действием и ускоряет заживление поврежденной кожи . С помощью паутины можно существенно улучшить свойства множества материалов, которые в настоящее время применяются в медицине. При этом сама паутина со временем будет бесследно рассасываться. Эти убедительные примеры использования паутины взяты из статьи, рассказывающей о возможностях ее применения для производства медицинских повязок [2].
О некоторых свойствах «паутинного клея» и возможностях его применения «Биомолекула» рассказывала ранее: «“Умный клей” из паутины» [3].
Но для промышленного применения любого материала важно решить, как минимум две задачи: как получить материал в достаточном количестве и сколько он будет стоить. У шелка тутового шелкопряда 4500 лет не было конкурента в виде искусственного или синтетического материала. В наш век технических революций паутинный шелк, еще не найдя широкого применения в своем нативном виде, уже имеет серьезных синтетических соперников. Сможет ли он вообще выдержать такую конкуренцию?
В этой статье мы посмотрим, как люди на протяжении веков пытались адаптировать пауков к жизни в неволе, и попытаемся понять, можно ли пауков приручить и заставить работать на нас.
Немного из истории
Пауки и их паутины заинтересовали ученых еще в XVIII веке [4]. Впервые вопрос о замене обыкновенного привозного шелка на паутину европейских кругопрядов был поставлен французом Боном в 1709 г. Его работа о пользе шелка пауков, вместе с изготовленными им перчатками и чулками, была представлена Королевскому обществу в Монпелье. Примерно в 1791 г. Термейер сделал новую удачную попытку получения шелка от обыкновенного крестовика Araneus diadematus (рис. 1), причем он получал нить прямо из паутинных бородавок.
Рисунок 1. Паук A. diadematus
Во второй половине XIX в. в разных странах пытались получать шелк от тропических пауков рода Nephila. В результате в 1899 г. изготовили образец роскошной шелковой ткани, длиною пять метров. А десятью годами ранее, с 1888 г., начали проводить опыты по акклиматизации Nephila во Франции. Потом по ряду экономических причин исследования, связанные с паутинами, велись весьма пассивно. Высокая стоимость паутинного шелка, превышающая в десятки раз цену обыкновенного шелка, охлаждала интерес к работе в этом направлении. Но сами пауки весьма интересовали ученых. В 1930 г. француз Бонне сделал еще одну попытку адаптировать паука Nephila clavipes (рис. 2) для жизни в Европе. Эти опыты окончились неудачей: Nephila не переносили французские зимы.
Рисунок 2. Паук N. clavipes
Серьезное изучение физических свойств паутины фактически началось после исследования М. Денни [5]. Эта работа стала стартом для дальнейших исследований паутинных волокон. Возможно, это связано с появлением новых электронных приборов и открытий в биохимии. 90-е годы минувшего века и начало нынешнего ознаменовались нарастающим потоком исследований механических, химических, биологических свойств и внутренней структуры волокон паутины [6], [7].
Например, было установлено, что самая прочная нить паутины — каркасная. Ее биологическая структура подробно изучена. На рисунке 3 показана поликристаллическая структура волокна паутины [8].
Рисунок 3. Аморфный матрикс и бета-кристаллы в волокне паутины
В его состав входят два ковалентно связанных белка: спидроин 1, который образует кристаллические β-складчатые структуры и кодируется геном MASP1, и спидроин 2, образующий аморфный матрикс и кодирующийся геном MASP2 [9]. Сегменты кристаллического строения, состоящие из β-складчатых слоев, чередуются с участками так называемого аморфного матрикса. Этот матрикс, богатый глицином, представляет собой спиральные участки и случайные петли, которые обеспечивают эластичность волокон. Своей прочностью паутина обязана β-складчатым структурам, богатым аланином.
Выделение паутины полностью контролируется нервной системой паука. Вытягивая паутину, паук прикрепляет ее к точке опоры и начинает отдаляться. Секрет вытягивается и застывает на воздухе, превращаясь в нить. В зависимости от назначения, паутина может быть липкой или сухой, а нить обычно состоит из одного или нескольких волокон. Паук использует свой шелк для ряда разнообразных целей: строительства ловушек для добывания пищи, создания коконов при размножении, перемещения в пространстве, обматывания добычи. Для реализации перечисленных целей паук использует различные железы, количество которых обычно не превосходит семь. На рисунке 4 представлены типы паутинных желез и вырабатываемая ими паутина.
Рисунок 4. Типы паутинных желез и вырабатываемая ими паутина
Вооружившись полученными знаниями, в 1943 г. советские ученые Молотовского (Пермского) государственного университета имени А.М. Горького вновь заинтересовались вопросом приручения пауков. Актуальность и практическая значимость этих работ определялась тем, что:
- шелк можно получать как из коконов паука, так и непосредственно из паутинных бородавок;
- делали попытки применения шелка пауков в медицинских целях (для изготовление кровоостанавливающих бинтов и салфеток из паутины — в это время шла война).
Паучьи фермы
Получение нитей
Прежде всего провели исследование по определению длины паутинной нити, которую можно получить от крестовика Araneus marmoreus (рис. 5) путем выматывания паутины из паутинных бородавок [10].
Рисунок 5. Паук A. marmoreus
Выматывание производили в двух вариантах. В первом варианте паутину выматывали из паука до предела, то есть до тех пор, пока паук совершенно не прекращал выделение паутины. Такое предельное выматывание приводило к быстрому истощению паутинных желез после одной-двух операций. После такого эксперимента пауки продолжали жить и принимать пищу, но деятельность паутинного аппарата прекращалась. Приводим таблицу предельного выматывания шести самок Araneus marmoreus, которая представлена в работе [10].
| № | Вес паука, мг | Первая операция (дата — длина нити, м) | Вторая операция | Всего получено паутины, м | Примечание |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 300 | 1 июля — 147 | — | 147 | Паук погиб 9 июля |
| 2 | 890 | 2 июля — 120 | 4 июля — 90 | 210 | Паук погиб 11 июля |
| 3 | 540 | 4 июля — 228 | — | 228 | Паук погиб 9 июля |
| 4 | 270 | 10 июля — 118 | — | 118 | Паук погиб 17 июля |
| 5 | 440 | 14 июля — 269 | — | 269 | Паук погиб 24 июля |
| 6 | 640 | 15 июля — 225 | 17 июля — 299 | 524 | Паук погиб 26 июля |
Во втором варианте — ежедневно проводили выматывание не более 100–150 м паутины от каждой самки, после чего выматывание прекращали.
Продуктивность пауков при порционном выматывании значительно возрастала. При предельном выматывании от одной самки получили в среднем 263 м, а максимум 524 м. При порционном — средняя цифра увеличивалась почти в три раза, достигая 739 м, а максимум достиг 1000 м.
Примечательно, что систематическая деятельность паутинных желез, при надлежащем питании, способствует увеличению продукции. Автор работы сравнила порционное выматывание пауков с применяемым в практике сельского хозяйства раздоем коров, где систематическое усиление деятельности желез приводит к многократному увеличению продукции.
Содержание пауков
Разобравшись с такой «дойкой», ученые перешли к вопросу содержания самих «коров». Здесь мы будем опираться на работу Д.Е. Харитонова [4]. Он отмечает, что при разведении пауков в ограниченном (тесном) помещении обычно сталкиваются с фактом их взаимного истребления, даже при наличии более или менее подходящей пищи. Через определенный промежуток времени в группе остается в живых только один паук. Причиной этого являются теснота помещения и скученность населения, обусловливающие близость доступной пищи. Более сильные, ловкие и агрессивные особи съедают более слабых. Пища, которую обычно давали группе пауков, например, мушки Drosophila, кажущаяся вполне подходящей (нежные кожные покровы, достаточно на разовый запас пищи), оказывается гораздо менее привлекательной для пауков, чем их собратья.
Однако, дело не только в качестве корма, но и в количестве. Бесперебойное снабжение массы пауков достаточным количеством корма представляется довольно сложным делом. Снижение темпа размножения насекомых, применяемых в качестве корма, может сильно отразиться на сохранении численности пауков. Здесь может прийти на помощь и оказать большую услугу смешанный из разных видов насекомых корм, или периодическое изменение корма. Попытки замены живой пищи мясом, яичным белком или нарезанными на куски дождевыми червями показали, что пауки могут питаться этой пищей, но как она отражается на скорости их развития и плодовитости, было не ясно.
Казалось бы, очень легко избегнуть затруднения, рассаживая воспитываемых паучков поодиночке. Однако при рассаживании паучков, только что вышедших из кокона, результат был один — паучки погибали. Как выяснилось при изучении этого вопроса, самки некоторых видов пауков остаются при коконе, ухаживают за малышами и подкармливают их.
Таким образом, содержание паучков в неволе для получения нитей непосредственно из бородавок путем выматывания требует огромных затрат сил, времени и средств, а результаты сравнительно скромные. Выматывание паутины в большинстве случаев приводит к быстрой смерти пауков.
Существует также другой способ получения нитей, который предполагает «добровольное» участие паука в производстве. Он применяется для изготовления антибактериальных медицинских повязок и описан в работе [2]. Посаженные в специальный контейнер пауки Linothele megatheloides (рис. 6) уже через час начинают свою работу и слой за слоем покрывают паутиной текстильную подложку контейнера площадью 1 м 2 . Уже через два месяца паутины от одного паука хватит для покрытия всей поверхности человеческого тела.
Рисунок 6. Паук L. megatheloides
Такой инновационный медицинский материал с паутиной может спасти жизнь человека с ожогами более 60% всей поверхности тела.
В результате наблюдений было установлено, что благодаря специальным добавкам к питанию приплод и выживаемость потомства Linothele megatheloides составляют почти 100%. Это в среднем 50 молодых особей — потенциальных производителей «второй кожи» — за полгода. На кормление одной самки уходит 2–3 таракана в неделю. Условия содержания пауков — это отсутствие солнечного света, высокая влажность (80–90%), температура 28°C, комплексное питание и капельное опрыскивание паутины раз в неделю. При создании благоприятных условий кормления, содержания, ухода и «доения» пауков можно добиться увеличения паутинопрядения в 2–3 раза.
Рассмотренные способы содержания пауков показали, что «добровольный» труд пауков намного продуктивнее, чем принудительное выматывание паутины из них в лаборатории. Получается, что с пауками нужно поступать так же, как и с любыми другими живыми существами: труд не должен быть рабским и принудительным.
Метод «добровольного труда» на данный момент показал себя весьма эффективным и позволяет добиваться хороших результатов. Тем не менее на данный момент еще нельзя сделать окончательных выводов о широком использовании этого метода в будущем. Все зависит от того, для каких целей и с какими пауками его применять.
Безусловно, приучение пауков к спокойной и сытной жизни на паутинной ферме еще не до конца отработанный и изученный процесс. Природа более 200 млн лет проводила селективный отбор этих членистоногих, в том числе эволюционировали их паутинный и ядовитый аппараты [11]. А у современных ученых нет даже нескольких тысячелетий, как у древних китайцев, приручивших гусениц тутового шелкопряда.
Биотехнологии продолжают развиваться. Возможно, ученым придет на помощь генная инженерия. Можно ведь характер паука изменить и сделать его более спокойным или тутового шелкопряда «модернизировать», введя ему, например, рекомбинантную ДНК паутины. Уже сейчас определен точный набор генов для синтеза каждого вида паутины, вырабатываемого железами паука. В работе [12] представлен первый аннотированный геном паука-кругопряда, каталогизирующий 28 спидроинов Nephila clavipes, в том числе 8, о которых ранее не сообщалось.
Легкая, почти невесомая паутинка прошла долгий путь эволюции, и теперь на основе знаний о ее химическом составе новые промышленные компании разрабатывают синтетические волокна. Может быть, через несколько лет производство биосинтетической паутины достигнет таких масштабов, что из синтетического паутинного шелка будут шить, например, одежду. Но нам всегда хочется прикоснуться к чему-то натуральному! И остается мечта, придя в магазин, задать продавцу вопрос: из какого именно шелка изготовлен этот шарфик — шелкопрядного или паучьего?
Источник
