Уеб гатанки
Може би паяците не са най-привлекателните същества, но тяхното творение - мрежата - не може да не предизвика възхищение. Спомнете си как геометричната правилност на най-фините нишки, блещукащи на слънце, опънати между клоните на храст или сред висока трева, очарова окото.
Паяците са едни от най-старите жители на нашата планета, обитавали земята преди повече от 200 милиона години. В природата има около 35 хиляди вида паяци. Тези осемкраки вездесъщи същества са разпознаваеми винаги и навсякъде, въпреки разликите в цвета и размера. Но най-важната им отличителна черта е способността да произвеждат паякова коприна, естествено влакно, ненадминато по сила.
Паяците използват мрежите си за различни цели. Те правят пашкули от яйца, строят убежища за зимуване, използват го като „обезопасително въже“ при скачане, тъкат сложни мрежи за улавяне и увиват уловената плячка. Женската, готова за чифтосване, произвежда паяжина, маркирана с феромони, благодарение на която мъжкият, движейки се по нишката, лесно намира партньор. Младите паяци от някои видове отлитат от родителското гнездо на дълги нишки, вдигнати от вятъра.
Паяците се хранят главно с насекоми. Уредите за улавяне, които използват за получаване на храна, се предлагат в различни форми и видове. Някои паяци просто протягат няколко сигнални нишки близо до убежището си и веднага щом насекомото докосне конеца, те се втурват към него от засада. Други - хвърлят конец с лепкава капка в края напред, като вид ласо. Но върхът на дизайнерската дейност на паяците все още са кръгли мрежи с форма на колело, разположени хоризонтално или вертикално.
За да изгради мрежа за улавяне с форма на колело, кръстосаният паяк, често срещан обитател на нашите гори и градини, освобождава доста дълга и здрава нишка. Бриз или възходящо течение на въздуха повдигат конеца нагоре и ако мястото за изграждане на мрежата е избрано добре, тя се придържа към най-близкия клон или друга опора. Паякът пълзи над него, за да закрепи края, като понякога полага друга нишка за здравина. След това той освобождава свободно висяща нишка и прикрепя трета към средата й, така че се получава Y-образна структура - първите три радиуса от повече от петдесет. Когато радиалните нишки и рамката са готови, паякът се връща в центъра и започва да полага временна спомагателна спирала - нещо като "скеле". Помощната спирала закрепва конструкцията и служи като пътека за паяка при изграждането на спирала за улавяне. Цялата основна рамка на мрежата, включително радиусите, е изработена от незалепваща нишка, но за спиралата за улавяне се използва двойна нишка, покрита с лепило.
Изненадващо, тези две спирали имат различни геометрични форми. Времевата спирала има сравнително малко завъртания и разстоянието между тях се увеличава с всеки завой. Това се случва, защото, докато го полага, паякът се движи под същия ъгъл спрямо радиусите. Формата на получената прекъсната линия е близка до така наречената логаритмична спирала.
Лепкава спирала за улавяне е изградена по различен принцип. Паякът започва от ръба и се движи към центъра, като поддържа същото разстояние между завоите и се получава спиралата на Архимед. В същото време той захапва нишките на спомагателната спирала.
Паяковата коприна се произвежда от специални жлези, разположени в задната част на корема на паяка. Известно е, че най-малко седем вида паякови жлези произвеждат различни нишки, но нито един от известните видове паяци няма всичките седем типа наведнъж. Обикновено паякът има една до четири двойки от тези жлези. Плетенето на мрежа не е бърз бизнес и отнема около половин час, за да се изгради средно голяма мрежа за улавяне. За да премине към производството на различен тип мрежа (за спиралата за улавяне), паякът се нуждае от една минута почивка. Паяците често използват повторно мрежата, изяждайки остатъците от уловена мрежа, повредена от дъжд, вятър или насекоми. Мрежата се усвоява в тялото им с помощта на специални ензими.
Структурата на паякообразната коприна е перфектно разработена в продължение на стотици милиони години на еволюция. Този естествен материал съчетава две прекрасни свойства - здравина и еластичност. Мрежа от паяжини може да спре насекомо да лети с пълна скорост. Нишката, от която паяците тъкат основата на своята мрежа за улавяне, е по-тънка от човешка коса и нейната специфична (тоест изчислена за единица маса) якост на опън е по-висока от тази на стоманата. Ако сравним тънката нишка със стоманена тел със същия диаметър, тогава те ще издържат приблизително на същото тегло. Но паякообразната коприна е шест пъти по-лека, което означава, че е шест пъти по-здрава.
Подобно на човешката коса, овча вълна и коприната от пашкули от копринени буби, мрежите са изградени предимно от протеини. По отношение на аминокиселинния състав, уеб протеините (спидроините) са относително близки до фиброините, протеините, които изграждат коприната, произведена от гъсеници на копринените буби. И двете съдържат необичайно високи количества от аминокиселините аланин (25%) и глицин (около 40%). Области от протеинови молекули, богати на аланин, образуват кристални области, плътно опаковани в гънки, осигуряващи висока якост, а тези области, където има повече глицин, са по-аморфен материал, който може да се разтяга добре и по този начин да придава еластичност на нишката.
Как се образува такава нишка?? Този въпрос все още няма пълен и ясен отговор. Процесът на въртене на мрежата е проучен най-подробно на примера на ампулообразната жлеза на кълбовидния паяк (Nephila clavipes). Ампулоидната жлеза, която произвежда най-здравата коприна, се състои от три основни секции: централна торбичка, много дълъг извит канал и тръба с изход. От клетките на вътрешната повърхност на торбичката излизат малки сферични капчици, съдържащи два вида спидроин протеинови молекули. Този вискозен разтвор се влива в опашката на торбичката, където други клетки отделят друг вид протеин - гликопротеини. Благодарение на гликопротеините, получените фибри придобиват течнокристална структура. Течните кристали са забележителни с това, че, от една страна, имат висока степен на подреденост, а от друга, остават течни. Тъй като дебелата маса се движи към изхода, дългите протеинови молекули се ориентират и се подреждат успоредно една на друга в посока на оста на появяващото се влакно. В този случай между тях се образуват междумолекулни водородни връзки.
Човечеството е копирало много от дизайнерските открития на природата, но такъв сложен процес като въртенето на мрежата все още не може да бъде възпроизведен. Сега учените се опитват да решат този труден проблем с помощта на биотехнологични техники. Първата стъпка беше да се изолират гените, отговорни за производството на протеините, които изграждат мрежата. Тези гени са въведени в бактериални и дрождени клетки. Канадските генетици стигнаха още по-далеч – отгледаха генетично модифицирани кози, чието мляко съдържа разтворени протеини от паяжина. Но проблемът не е само в получаването на протеин от паяка коприна, необходимо е да се симулира естествения процес на предене. И този урок на учените от природата тепърва ще научават.
Кандидат на физико-математическите науки Е. Лозовская, списание "Наука и живот"
