Zooritual.su

Зоо Мир
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Состав паутины человека паука

Химические тайны паутины*

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 Н2NCН2СООН и аланин СН3СHNН2CООН. 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).

Читать еще:  Паук крестовик это

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.

Материал подготовил Э.Г.Раков

* См. также № 29/2002 («Пауки для армии США»)

Как паук плетет паутину

В наше время благодаря достижениям науки и техники, можно увидеть и понять, как паук плетет паутину. Эти способности членистоногие унаследуют от своих родителей на генетическом уровне. Другими словами, все действия запрограммированы, поскольку молодых паучков никто такому мастерству не учит. Различные виды пауков плетут паутину различной формы, различной величины и различной структуры, в зависимости от предназначения.

Состав паутины

У пауков имеются специальные железы, которые вырабатывают особый секрет. После того, как из желез начинает появляться это вещество, паук его растягивает, в результате чего получаются тонкие и прочные ниточки. В результате фигурных переплетений получается достаточно прочная конструкция. Этот секрет предназначается для различных, в том числе и строительных целей.

Основу подобного строительного материала составляет белок, в комплексе с аланином, серином и глицином. Находясь внутри паутинной железы, вещество представляет жидкую форму. После того, как вещество будет использовано в виде нитей, оно затвердевает на воздухе.

Паутинные железы, в виде бородавок, расположены рядом с половыми органами. Нить состоит из кристаллического белка, который в разы увеличивает прочность и гибкость высохших нитей. В зависимости от предназначения паутины ее толщина и прочность может заметно отличаться.

Интересный факт! Прочность паутины такая же, как если бы ее связали из нейлона. При этом она сохраняет свои характеристики, как при сжатии, так и при растяжении. Если на длинной паутине подвесить предмет и начинать его вращать в одном направлении, то паутина не запутается и не окажет никакого сопротивления вращению. Благодаря таким уникальным свойствам паутины, паук может долго висеть на паутине. Паутина не только прочная, она достаточно легкая, поэтому пауки часто с помощью паутины преодолевают большие расстояния под действием силы ветра.

Зачем пауку нужна паутина

Паук не просто плетет паутину, там, где ему вздумается и когда ему вздумается. Он плетет ее, когда нужно и в тех местах, где она ему может пригодиться. У каждого паука паутина имеет свое предназначение. Самки плетут паутину для того, чтобы привлечь самцов. Поэтому:

  • Паутинные железы находятся рядом с половыми органами, что позволяет самке заодно выделить специальный секрет, который привлекает самцов.
  • Ловчие сети плетут кругопряды. Такие сети могут иметь диаметр 2 м, а то и больше. Прочность нитей такова, что в паутине может запутаться птичка, не большой грызун или земноводное. Большинство пауков ловят насекомых, а также их личинок.
  • Пауки, живущие в земле, роют норы с множеством ходов. Они не плетут ловчие сети, но закрывают паутиной вход и плетут сигнальные нити. Эти нити подают сигнал, если жертва окажется рядом с норой. В таком случае паук тут же реагирует и появляется на входе в свою нору.
  • Пауки ведут обособленный способ жизни и только на период размножения формируют пары. Каждый паук охраняет свою территорию и не допускает к себе посторонних особей. В случае освоения новых территорий, паук плетет длинную нить, прикрепив ее к какой-либо основе и ждет хорошего порыва ветра. Оказавшись в воздухе, под действием силы ветра паук способен преодолеть десятки, а то и сотни километров. Подобные миграции приобретают массовый характер, когда на свет появляются молодые паучки.
  • После спаривания самка из паутины делает специальный кокон и откладывает в нем до 1000 шт. яиц. Некоторые виды крепят кокон в каком-либо месте, а некоторые виды таскают его за собой, пока на свет не появятся паучки.
  • Некоторые виды пауков, такие как водяной паук, из паутинных нитей строят для себя гнездо под водой. Этот домик заполняется воздухом, и самка живет в нем. В брачный период она пускает к себе паука, после этого появляется на свет потомство, которое определенное время живет в этом гнезде. Сюда же она таскает пойманную жертву.
  • После попадания в паутину насекомого, паук окутывает его паутиной, впрыснув перед этим токсин. После этого он удаляется от своей жертвы и наблюдает за ней. Приступает к трапезе после полной гибели. Если паук не голоден, то он очередную жертву оставляет до тех пор, пока не проголодается.
  • Существуют разновидности, которые паутиной окутывают листья, после чего протягивают длинную паутину. Когда нужно, паук дергает за паутину, оживляя таким образом листок. В результате, некоторые хищники реагируют на этот листочек, но никак не на настоящее гнездо паука.

Существуют так же пауки-умельцы, которые из подручных средств и паутины сооружают плот и плавают на нем, охотясь при этом на мальков рыб, на личинок, на рачков и т.д.

Если ловчая сеть сильно повреждена, то паук может ее оставить и начать формировать, где-то недалеко новое полотно.

Важный момент! Некоторые членистоногие поедают свои ловчие сети. Специалисты объясняют подобные действия пауков тем, что их организм требует пополнения белком. Кроме этого, на паутине всегда скапливается влага, которая необходима для паука.

Состав паутины человека паука

Тезисы

Название научно-исследовательской работы: «Новые материалы: исследование физико-химических свойств паутины».

Читать еще:  Паук википедия насекомое

Автор работы: Семенов Илья Александрович

Образовательное учреждение, в котором обучается автор работы: Автономное общеобразовательное учреждение муниципального образования г. Долгопрудного средняя общеобразовательная школа №11.

Научный руководитель: Семенов Александр Валерьевич, МФТИ, к.т.н., старший преподаватель ФРТК

Целью исследовательской работы является изучение физико-химических свойств паутины.

Поставленные и решенные задачи:

  1. Изучена природа пауков.
  2. Исследовано значение паутины в природе.
  3. Проведена практическая работа, направленная на изучение свойств путины.

Актуальность исследования. Паутина – одна из удивительных технологических находок природы: она является прочной и экологичной. Паутина пока не имеет аналогов, созданных руками человека. Ученые разных стран мира уже долго изучают химический состав паутины. Но, несмотря на достигнутый ими успех в данной области, до сих пор еще никому не удалось воссоздать такую паутину, которую плетут пауки! Поэтому я считаю, что изучение физико-химических свойств паутины и возможностей их применения для производства новых материалов является перспективным.

Объектом исследования являются физико-химические свойства паутины.

Предметом исследования является изучение свойств паутины и возможностей ее использования людьми.

Гипотеза исследования: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.

Методы исследования: анализ литературы, наблюдение, эксперимент, сравнительный анализ.

Значимость и новизна исследования. В ходе работы я узнал много нового о жизни пауков. Изучены свойства паутины. Благодаря полезным свойствам паутины, человек может ее использовать в своей жизнедеятельности. Паутина обладает кровоостанавливающим действием и способствует заживлению тканей. Эти свойства паутины нужны современной медицине. Врачи могут использовать ее для наложения швов. Паутина — отличный материал для изготовления прочных и легких тканей. Серия проведенных экспериментов позволила узнать физико-химические свойства паутины. Знание химического состава паутины позволит в будущем в лабораторных условиях получить искусственную паучью, максимально приближенную к «натуральной».

Итоги исследования. Наблюдения за действиями паука – плетением паутины и ловлей добычи (наблюдения проводились в период летних каникул 2016 г.) показали, что паук никогда не сидит в самом центре своей ловчей сети, он прячется в каком-то укрытии поблизости. И от сети к укрытию обязательно тянется паутинка — сигнальная нить.

Физико-химические свойства паутины я исследовал с помощью проведения шести экспериментов:

  1. Изучение эластичности паутины (постепенно растягивал паутину с разными усилиями до тех пор, пока она не порвалась). Данный эксперимент показал, что паутина эластична и не деформируется, при повышенном давлении разрывается (имеет предел прочности).
  2. Влияние температуры окружающей среды на паутину (паутина помещалась в морозильную камеру холодильника и на жару на 24 часа — внешний вид паутины не изменился: ее цвет остался прежним, на паутинках не появился иней, на ощупь она не была холодной и оставалась липкой, свойства эластичности паутины сохранились). Данный эксперимент показал, что на внешний вид паутины, ее качество и свойства не влияет высокая и низкая температура, а также резкий перепад температуры воздуха.
  3. Изучение особенностей взаимодействия паутины с водой (смачивал паутину водой, наблюдал, растягивал, опускал в воду). Данный эксперимент показал, что паутина не впитывает воду и не растворяется водой; в воде – не тонет (легче воды), намоченная паутина растягивается из-за эластичности.
  4. Горение паутины (поджег паутину и резину, сравнивал реакцию горения: пламя горения паутины красное в середине, по краям синее, без выделения черного дыма. При горении — резкий запах жженого пера). Данный эксперимент показал, что паутина горит, не плавится, значит, она натурального происхождения.
  5. Проверка прочности паутины (постепенно утолщал «веревку» из паутины, привязывал грузы). Данный эксперимент показал, что прочность паутины повышается при увеличении количества паутинок.
  6. Химический состав паутины (провел две характерные реакции для белков с азотной кислотой и биуретовую реакцию: в результате реакции паутины с азотной кислотой образовался сгусток желтого цвета; при взаимодействии паутины с гидроксидом меди произошло окрашивание раствора в фиолетовый цвет). Данный эксперимент показал, что в состав паутины входит белок; поскольку паутина превратилась в сгусток желтого цвета, значит, в белке присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.

Опыты показали, что паутина является натуральной, эластичной, тягучей, липкой, хорошо горит, плавает в воде, сохраняет тепло, устойчива к высокой и низкой температуре, отталкивает воду и является прочной. Значит, из паутины можно получать прочные и легкие материалы. Вещество, из которого образована паутина, не окисляется на воздухе, не разлагается без доступа воздуха. Качественные реакции на белок подтвердили, что в состав паутины входит белок, в котором присутствуют аминокислоты фенилаланин и тирозин.

Результаты моих наблюдений и экспериментов подтвердили гипотезу: пауки – одно из чудес живой природы, а их «продукт» – паутину можно использовать для практических целей в жизнедеятельности людей.

Апробация работы. Наблюдения за жизнью пауков и исследования физических свойств паутины проводятся мной с первого класса. Некоторые из результатов моего исследования докладывались лично и обсуждались на следующих мероприятиях:

  1. Школьная конференция с докладом «Удивительное рядом». Школа № 8 им. А.Г. Ломакина, г. Таганрог, 2012 год. (1 место)
  2. Вторая Всероссийская конференция «Первые шаги в науку» с докладом «Изучение свойств паутины и возможностей её использования людьми». г. Таганрог, 2015 год. (1 место).

По теме исследований имеется одна публикация в сборнике материалов II Всероссийской конференции «Первые шаги в науку».

Человек-Паук

Имя: Питер Бенджамин Паркер

Псевдонимы/прозвища: Человек-Паук, Дружелюбный Сосед Человек-Паук, Удивительный Человек-Паук, Сенсационный Человек-Паук, Впечатляющий Человек-Паук, «Тигр», Паучок, Паутиноголовый, Метатель Паутины, Верхолаз, Маленький Человек; раньше «Удивительный Окто-Спайди», Бродяга, «Книжный Червь», Капитан Вселенная, Сумрак, Шершень, Бешенный Пес, Паук-Человек, Одаренный Человек , «Ничтожный Паркер», Рикошет, Алый Паук, Паук-Халк, Паук-Феникс

Классификация: Супергерой, член команд Мстители, Новые Мстители, раньше Секретные Защитники, «Новая Фантастическая Четверка»

Возраст: Около 30 лет

Слабые стороны: Средства блокировки Паучьего Чутья; при близости Анти-Венома, способности Питера постепенно исчезают

Читать еще:  Паук крестовик имеет

Разрушительный потенциал: Уровень Маленькое Поселение (физически переместил Халка со скоростью, превышающей 400 Махов. Примерно сопоставимый с Люком Кейджем, хотя более слабый. Более сильный, чем Дэдпул) | Уровень Солнечная Система ( Держался против Терминуса, и вырвался из энергетических конструкций Квазара).

Диапазон: Ближний бой, десятки метров с паутиной

Прочность/защита: Уровень Маленькое Поселение (Неоднократно пережил атаки от подобных Веному и Карнажу) | Уровень Солнечная Система

Скорость: Боевая скорость (реагирует и уклоняется от молнии от Электро). Сверхзвуковая скорость движения (по крайней мере, 1,88 Махов). С помощью предчувствия/паука его реакция сравнима с Релятивистской (тем не менее, предчувствие помогает только в ситуациях, когда скорость атаки другого персонажа намного больше его или ее боевой скорости, или в ситуациях, когда Боевая скорость персонажа только слегка выше, чем у Человека-Паука | Массивная Сверхсветовая+

Сила на удар: Класс Маленькое Поселение (Способен обмениваясь ударами с противниками одинаковой прочности к себе) | Класс Солнечная Система

Интеллект: Гений в определённых областях, имеет средние навыки троллинга

Боевые навыки: Имеет десятилетний опыт в борьбе со злодеями, мастер рукопашного боя и восточных единоборств, когда Питер сражается, он имитирует паука, тем самым его движения становятся непредсказуемыми

Экипировка: Веб-шутеры, контейнеры с паутиной, фонарик, встроенный в пояс, радиомаяки

Атаки, техники и способности:

Сверхчеловеческие сила, скорость, стойкость, выносливость, ловкость, чувство равновесия — Питер обладает всеми человеческими способностями, только в разы более сильными. Он способен поднять несколько тонн, обогнать автомобиль на своих двоих, использовать свое тело на максимум в течение нескольких часов не уставая, без проблем принимать на себя удары, которые убили бы обычного человека, балансировать на абсолютно любой поверхности и тому подобное.

Паучье Чутьё — Человек-Паук обладает экстрасенсорным чувством, заранее предупреждающим его об опасности покалыванием в задней части черепа. Это позволяет ему избежать большинства ранений. К сожалению, иногда сильные эмоции Питера мешают ему распознать сигналы Паучьего Чутья. Сигналы могут поступать как непосредственно в момент опасности, так и за минуты и даже часы до него. Чем сильнее степень угрозы, тем раньше Питер о ней узнаёт. Чутьё не даёт представления о сущности угрозы, зато указывает точное направление, из которого она исходит. Внезапные и очень опасные обстоятельства могут привести к болезненной реакции Чутья. Шестое чувство Питера работает даже когда он без сознания или спит. Оно предупреждает его обо всём, что он считает опасным. В частности, реагирует на наличие наблюдателей или камер, которые могут зафиксировать, как Пит переодевается в Паука. Человек-Паук настолько хорошо обучился распознавать сигналы своего органа экстрасенсорного восприятия, что даже когда противники ослепляют его, он может продолжать бой, ориентируясь по сигналам Паучьего Чутья.

Принятие радиосигналов — Паучье Чутьё улавливает радиоволны определённой частоты. Пользуясь этим его свойством, Питер сконструировал Паучьи радио маячки, испускающие сигналы на этой частоте. Он использует радио маячки, чтобы следить за кем-либо.

Лазание по стенам — Одно из изменений в организме Питера после укуса паука произошло в мозжечке. Теперь он может мысленно контролировать притяжение между атомами с помощью электростатических сил. Это нарушает границу между поверхностями соприкасающихся предметов на субатомарном уровне. Проще говоря, происходит диффузия нескольких верхних слоёв атомов разных объектов. Пока неизвестно, каким образом разум Человека-Паука может влиять на поведение атомов. До сих пор способность изменять силу их притяжения друг к другу ограничивалась контролем над притяжением между предметами и телом Питера (главным образом ладоней и ступней). С помощью этой способности он может удерживать груз весом в несколько тонн «пристыкованным» к своим пальцам.

Сверхчеловеческие рефлексы — Быстродействие всех условных и безусловных рефлексов Питера примерно в сорок раз выше, чем у обычного человека. В сочетании с Паучьим Чутьём, они позволяют ему уклониться от практически любой атаки. В некоторых случаях было показано, как Человек-Паук уворачивался от пуль только с помощью своих рефлексов, вовсе не пользуясь Чутьём.

Выстрел паутиной — Человек-Паук использует специальное оборудование для распыления паутины. Возможностей её применения масса: для быстрого перемещения, создания щитов, уплотняя паутину он может создать оружие наподобие молота, для удерживания, отвлечение и выведения из строя врагов.

Жала — На запястьях Человека-Паука были расположены острые выдвижные жала. Они выпускали полиаминовый яд, способный на несколько часов парализовать взрослого человека.

Регенеративный исцеляющий фактор — Хотя регенерация у Паука не так заметна, как у Росомахи или Дэдпула, она достаточно мощная, чтобы оправиться от сильных травм, переломов и обширных повреждений тканей за удивительно короткий срок. Во время битвы со злодеем по имени Мародёр в Маске Человек-Паук был полностью ослеплён, однако уже через два дня всё прекрасно видел (хотя ещё целые сутки его глаза были легко раздражимыми). Его ускоренный метаболизм обеспечивает высочайшую устойчивость к наркотикам: действие даже самых больших доз быстро прекращается, не вызывая зависимости. Во время встречи с Роем Питер получил тысячи пчелиных укусов, но уже на следующий день был в полном порядке. Его сопротивление и скорость восстановления от других токсинов и болезней варьируется, но как правило значительно выше, чем у обычных людей. Человек-Паук смог полностью восстановить свои глаза, пострадавшие от выплюнутой ему в лицо новым Стервятником кислоты, хотя, возможно, степень ущерба была ниже, чем ему сначала показалось.

Защищённая тайна личности — Благодаря магии Доктора Стрэнджа, никто не может случайно или намеренно узнать тайну личности Человека-Паука, если этого не захочет сам Питер. Любые доказательства того, что Паук — это Питер Паркер (даже прямые свидетельства в средствах массовой информации времён Гражданской Войны) либо непонятны людям, либо приводят к неверным выводам. Узнать, кто скрывается под маской, возможно, только если это расскажет сам Питер.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector