Дивовижний витвір природи - павутина. Трохи фактів про неї самої і її виробниках - павуків.
ПАВУТИНА - секрет павутинних залоз, який незабаром після виділення застигає у формі ниток. За хімічною природою являє собою білок, подібний за складом до шовку комах. Павутину здатні виділяти представники ряду груп павукоподібних (павуки, ложноскорпиони, деякі кліщі) і губоногих багатоніжки.
Варіанти використання павутини виявляються досить різноманітні, але найбільш поширене застосування її для побудови яйцевих коконів, сперматофорів, ловчих мереж і укриттів на час линьки або несприятливих умов. Слід зазначити, що ловчих мережа павуків також часто називають павутиною.
По міцності павутина близька до нейлону і значно міцніше схожого з нею за складом шовку комах (наприклад, гусениць тутового шовкопряда). Відповідно до одного з припущень відмінності обумовлені тим, що павуки формують волокно, звисаючи на ньому.
Інша незвичайна властивість павутини - внутрішня шарнірних: підвішений на павутинному волокні предмет можна необмежено обертати в одну і ту ж сторону, і при цьому вона не тільки не перекрутити, але взагалі не буде створювати помітною сили протидії.
А також павутина має властивість перефарбовувати чорний волосся в рудий назавжди. Якщо павутина потрапить в розчин хлориду натрію, вона утворює суміш, при взаємодії з якою чорні пігменти тварин і людини перетворюються в руді пігменти (феомеланін).
Найбільш відомий варіант використання павутини павуками - побудова ловчих мереж, які в залежності від будови здатні повністю знерухомити видобуток, утруднити її пересування або тільки просигналізувати про її появу. Спійману видобуток павуки також часто загортають в мережу. У аранеоморфних павуків з ловчими мережами пов'язано дуже складне шлюбна поведінка.
Перед розмноженням самці плетуть сперматічеськую сіточку, на яку виділяють краплю насінної рідини для перенесення її в резервуари цімбіумов (копулятивних органів на кінчиках педипальп).
Розвиток яєць і молоди проходить в павутинному яйцеві кокони. У деяких видів самка в період розмноження виділяє нитка, позначену феромонами, яку самець використовує при пошуку партнерки. У зв'язку з цим, хоча навіть серед найбільш архаїчних членістобрюхіх павуків є представники формують для полювання сигнальні волокна, вважається, що первинна функція павутини павуків пов'язана саме з розмноженням, а не з видобутком їжі. В якості основного аргументу на користь цієї гіпотези розглядають вихідну приуроченість павутинних бородавок до області статевих отворів.
Крім того, багато павуків обплітають їй стінки норки. Нарешті, одними з найбільш екстравагантних застосувань павутини виявляється формування страхувальних ниток, що перешкоджають невдалому падіння при стрибках, і «парашутів», за допомогою яких молодь може поширюватися з потоками повітря
Шовк павука - незвичайний матеріал. Одна з його особливостей - величезна міцність. Нитка шовку завтовшки з олівець здатна зупинити Боїнг-747, що летів на повній швидкості. Ми все ще не можемо створити такий матеріал, незважаючи на всі наші технологічні досягнення. У павука є кілька залоз, розташованих в животі, які виробляють павутинний шовк. Кожна залоза виробляє шовк для особливої мети. Відомі сім різних залоз. Але різні види павуків володіють лише кількома з цих залоз, а не всіма відразу.
Залози відомі як Glandula Ampulleceae - головна і допоміжна використовуються для виробництва шовку ниток для переміщення. Glandula Pyriformes використовується для виробництва ниток для прикріплення. Glandula Aciniformes виробляє нитки для герметизації видобутку. Glandula Tubiliformes виробляє нитку для коконів. Glandula Coronatae використовується для виробництва липких ниток.
Зазвичай у павука є три пари прядильних органів. Але є павуки тільки з однією парою або навіть чотирма парами прядильних органів. У кожного прядильного органа своя власна функція. У прядильних органах є маленькі труби, які пов'язані з залозами. Число труб варіюється від 2 до 50.000.
Людське око здатне розрізняти об'єкти з діаметром 25 мкм на відстані 10 см. Середній діаметр нитки павука-кругопряда близько 0,15 мм. Найтонша виміряна нитка була лише 0,02 мм. Тому ми здатні бачити павутину тільки через відображення ниткою сонячного світла. Але ця тонка нитка здатна зупинити бджолу, що летить на повній швидкості. Ця нитка не тільки дуже міцна, але також і дуже пружна. Завдяки цим властивостям шовк павука жорсткіше, ніж будь-які інші матеріали або метали, відомі нам. Міцність матеріалу вимірюється в одиницях, званих dernier (1 dernier = 1 г на 9000 м). Нитка павука має міцність від 5 до 8. Це означає, що нитка з шовку павука зруйнується під власною вагою при її довжині 45 - 72 км. Порівнянними матеріалами є нейлон і скло. Сталь має міцність приблизно рівну 3.
Розтягнутий шовк в 1, 5 і 20 разів
З чого зроблені нитки павутини? З білка, молекулярної маси 30.000 Dalton, і проводиться спеціальними залозами. Поза залоз він полімерізіруется в молекулу, назвавши фиброин з молекулярної масою близько 300.000 Dalton. До сих пір не ясно, що активізує процес полімеризації.
Чому шовк, зроблений з білка, не розкладається грибками і бактеріями, подібно до всіх інших білків? Ми запасаем білки готуючи їжу шляхом консервування, сушіння або додавання кислоти. В шовку павука є три речовини, які сприяють його довговічності: піролідін, гідрофосфат калію і нітрат калію. Піролідін можна знайти в кристалах і рослинних отрути, він дуже гігроскопічний (сильно вбирає воду). Ця речовина запобігає нитку від засихання. Піролідін також міститься в клеї ловчої мережі у високій концентрації. Гідрофосфат калію робить нитку кислотною і запобігає грибковий і бактеріальний зростання. Низький pH викликає денатурацію білків (робить їх нерозчинними). Це явище ми можемо бачити в кислому молоці. Нітрат калію запобігає зростання бактерій і грибків.
Нитка павука-кругопряда Araneus diadematus дуже пружна, і може бути розтягнута на 30-40%, перш ніж обірветься. Сталь може бути розтягнута тільки на 8%, а нейлон - десь на 20%. На фотографії (див. Вище) можна бачити, що нитка павука Stegodyphus sarasinorum через техніки переплетення може бути розтягнута на довжину в 20 разів більшу її первісної довжини.
Більшість павуків-кругопрядов пускають свої мережі в оборот. Плетіння мережі забирає багато ресурсів павука. Так як вони повинні регулярно поновлювати мережу, вони їдять шовк. Тільки головна нитка мережі залишається неушкодженою. Тому вранці вони зазвичай тчуть нову мережу.
Вивчаючи нитки павуків, можна виділити дві групи Cribellate і E-cribellate.
Cribellate павуки прядуть тонку пухнасту павутину. Для цього у них є структури, подібні гребінець (calamistrum), на metatarsus або на tarsus четверте пар ніг і орган cribellum, що виробляє додатковий шовк розташованого перед прядильними органами spinners. Шовк витягується з cribellum і потім розчісується в шерстистих структуру. Розчесаний шовк складається з тисяч маленьких ниток, прикріплених до більш товстої. На нитках немає ніякого клею, але комаха застряє своїми волосками на їхньому тілі в шовку. Більш товсті нитки в павутині запобігають шовк від розривання, не даючи комасі вибратися.
Cribellum of Aumaurobius similis
Застосування шовку павука
Шовк павука використовується для кількох цілей. Поленізійскіе рибалки використовують нитку золотого павука-кругопряда (Nephila) як волосінь. В New-Hebrides мережі павука використовували для виготовлення мереж для транспортування наконечників стріл, тютюну і висушеного отрути для наконечників стріл. Деякі племена в Новій Гвінеї використовували мережі як капелюхи, щоб захистити голови від дощу.
У Першій світовій війні нитки Araneus diadematus, Zilla atrica, Argiope aurantia та інших павуків-кругопрядов використовувалися як перехрестя в інструментах.
У 1709 році Француз Bon de Saint-Hilaire продемонстрував можливість створення тканини з шовку павуків. Безліч коконів були вимиті, висушені, а потім була вичесати нитку. Було виготовлено кілька шкарпеток і рукавичок. Але економічно це виявилося не вигідно. Було підраховано, що для того, щоб зробити один кілограм шовку, необхідно 1,3 мільйона коконів павука.
На Мадагаскарі були зроблені деякі спроби використовувати павуків Nephil для виробництва шовку. Нитки вручну витягали з прядильних органів (spinner) павука. Після виснаження павука відпускали в ліс і бралися за наступного. Зібраний шовк був красивого золотого кольору. Цей проект був теж заборонений з багатьох причин. В даний час ведуться спроби виробляти шовк штучним шляхом.
Кругова мережу павука Araneus diadematus
Можна виділити кілька форм і способів застосування мережі. Плоска мережу, кругова мережу, кокони, мережа як вдома, мережа як укриття. Найбільш відома форма - кругова мережу. Як будується ця мережа?
Кругова мережу павука Araneus diadematus
Найбільш важка частина - будівництво першої нитки. Це міцна горизонтальна нитка, на якій висить вся інша частина мережі. Як павук з'єднує цю нитку між двома точками? Адже він не вміє літати. Може, він прикріплює нитку в одній точці і спускається вниз на павутині, а потім забирається на іншу точку, підтягує нитку і прикріплює її?
Ні, все набагато простіше: павук створює ловчих мережа, використовуючи вітер і удачу.
Вітер легко переносить тонку нитку, а павук робить її довше і довше, випускаючи шовк з прядильних органів. Якщо йому пощастить, то нитка зачепиться в іншому місці. Коли перша нитка прокладена вдало, павук ретельно йде по цій нитки, посилюючи її другий ниткою. І так до тих пір, поки первинна нитка не буде достатньо міцною. Після цього павук вішає нитку в формі літери Y під первинної ниткою. Це три перших радіальних променя мережі. Решта промені будуються так, щоб відстань між ними було досить маленьким для того, щоб павук міг спокійно переміщатися між ними. Далі по спіралі наноситься липка нитка. Коли липка спіральна нитка нанесена, мережа готова до використання. Але таким чином будуються не всі мережі, існує багато різновидів побудови мереж. Мережа на картинках вище має в основі перевернуту букву Y. Крім кругових мереж, павуки використовують інші конструкції мереж.
Специфічно використовує мережу павук Deinopsis. Цей павук будує мережу між своїми передніми лапами і звисає головою вниз, чекаючи комаха. Потім мережа накидається на жертву, і та заплутується в ній. У павука Bolas також особлива техніка лову. Свою назву він і отримав за те, що викидає нитка з липким міхуром на кінці перед здобиччю, яку залучають хімічні речовини (феромони).
Павук Trapdoor ховається в тунелі, який зверху закритий дверима. Коли видобуток йде по сигнальної нитки, двері відкриваються, і павук вистачає її.
Крім плоских, двовимірних, кругових мереж, павуки родин Linyphiidae і Theridiidae, до яких належить Чорна вдова, використовують об'ємні тривимірні мережі. Linyphiidae робить горизонтальну щільну мережу і велика кількість пластин з нелипких ниток вище неї. Якщо комаха зіштовхнеться з ниткою, то воно впаде вниз на липку павутину і прилипне. Theridiidae будують дуже заплутану обьемную мережу, потрапляючи в яку видобуток відразу заплутується.
Об'ємна мережу павука Theridiidae Latrodectus
Мережа воронка funnel weaver павука Agelena
Funnel weavers будують горизонтальні мережі, схожі на килимки, і чекають в тунелі в кінці мережі комах, приземлилися на їхню мережу.
Павуки мисливці, такі як павуки-скакуни (jumping spiders), павуки рисі (the lynx spiders) і павуки вовки (wolf spiders), не використовують ловчі мережі для лову видобутку. Для лову комах головне у них - очі і швидкість. Але вони часто використовують нитку як страховку. При переміщенні вони випускають нитку. Якщо вони падають після стрибка на жертву, павутина допомагає повернутися їм на вихідну позицію. Павук-вовк використовує шовк тільки для створення своїх укриттів і місць розмноження.
Просторова мережу павука Frontinella