Как паук плетет паутину - интересные факты для школьников

Все мы наблюдали ситуацию, когда муха, попав в паутину, не может из нее выпутаться, отчаянно дергается и запутывается в ней еще больше. Тем временем паук резво бежит к своей жертве, нимало не беспокоясь о липких свойствах паутины.

Как же так получается? Почему муха намертво прилипает к паутине, а паук оказывается неуязвим?

Как это ни удивительно, но этот вопрос интересовал не только простых обывателей и любознательных детей, но и ученых. С начала прошлого века бились они над этой загадкой, и наконец разгадали ее.

Причин этого явления несколько:

не все нити в паутине липкие,
у пауков есть волоски на лапках и специальное химическое вещество,
пауки передвигаются особым образом и тщательно следят за собой.

Что такое паутина и откуда она берется у паука?

В брюшной полости названного насекомого содержится до 550 желез (микротрубок), вырабатывающих будущий стройматериал. Данные прядильные аппараты разгруппированы на 6 «бородавках». Это настоящая фабрика по производству клейких мини-канатов. Рождающееся вещество является концентрированным белком, быстро остывающим на воздухе и затвердевающим до состояния тонкой нити, способной выдержать любой порыв ветра.
Процесс происходит уже внутри каждой из 6 бородавок – так что наружу вылетает готовый продукт. «Крючконогий» просто прижимает бородавки к той точке, откуда намерен начать свое плетение (как правило, это угол 3 плоскостей). Бородавки подвижны – по функциям напоминают щупальца.

Конструкция не рассыплется под воздействием обычного сквозняка. Вязкая субстанция по химическому составу очень похожа на ткань тутовых шелкопрядов. То есть по характеристикам напоминает шелк. Только гораздо надежнее и эластичнее. Гусеничный шелк имеет нагрузку разрыва 33-43 килограмм на 1 кв. мм. А изделие паука – от 40 до 261 килограмм на кв. мм (тут все зависит от разновидности паука, а еще от локации, в которой плетется обозначенное «кружево»).

Откуда у паука паутина в таком виде, какой мы ее обычно привыкли видеть? Это другой вопрос.

Как плетется паутина?

Основой каждой паучьей ловушки являются несущие нити в количестве 3-4 штук. Это самая прочная часть паутины. На основу крепятся радиальные нити, каждый конец которых крепится к опоре в виде ветки дерева, листьев растений и так далее. На радиальные нити паук наносит ловчую спираль, которая является самой липкой частью ловушки. Именно на нее и попадаются жертвы пауков — чтобы добыча не смогла освободиться, хищник быстро к ней прибегает и впрыскивает яд. Эти вещества превращают внутренности попавшихся в сеть насекомых в питательную массу, которую пауки просто всасывают в себя.

Строение паутины

Как паук плетет свою сеть?

Первая порция выделившегося секрета прочно приклеивается к выбранному месту. Зафиксировав таким образом начало изготовляемой сети, насекомое дает очередной позыв системе. Нити продолжают вытягиваться. Каким образом? Вязкая субстанция проталкивается задними ногами.

Перед тем как начать плетение, паук выбирает место с удобным микроклиматом. Тут должно быть сухо, но не солнечно. Прохладно, но не морозно. И, конечно, не должно быть ветра.

Когда многоногий «микрозверь» покидает очередную локацию, нити просто вытягиваются вслед за ним (мы уже говорили, что они мгновенно твердеют на открытом воздухе). Двигается он таким образом, что сеть представляет собой спиралевидную композицию, пересеченную радиусами. Там, где они сходятся, и располагался «старт». Размеры обычно разные. Также как характер спиралей. Где-то это даже не спирали, а «вставленные друг в друга» круги разного диаметра.

Но в лесу пауки строят куда более масштабные «сооружения». Замечали, как в чаще искомые «путы» натянуты поперек тропки? Они крепятся за стволы деревьев, стоящих на противоположных сторонах вешки. Насекомые добиваются этого таким образом. Они выпускают очень длинную нить. При нужном стечении обстоятельств, ветерок подхватывает «канатик», монтируя на ветки ближайшего дерева. А затем интересней. Прошагав на середину «монтажной» (базовой) нити, «многоног» сплетает еще одну. На этот раз свободно висящую. Дальше хитрец перебирается на ее центр, и, свиснув вертикально вниз, выпускает следующую. До тех пор пока не достигнет близстоящей опоры. Показанным способом получается база под каркас. По форме это буква Y. Дальше самое любопытное. «Ткач» соединяет точку пересечения сети еще несколькими линиями-радиусами (уже более липко). Пока не получится много спиралей. Разные паутины отнимают разное количество времени – от 30 минут до 2 часов.

Стоит знать, что у крестовиков рисунок такого произведения всегда один – спираль, пересеченная радиусами. А вот у всяких экзотических пауков это может быть что угодно. Например, обитатели Амазонии вплетают в свой шедевр несколько листьев, создавая привлекающие мух декорации.

ЗАГАДКИ ПАУТИНЫ

Наука и жизнь // Иллюстрации

Клейкое вещество, покрывающее нить ловчей спирали, равномерно распределяется по паутине в виде капелек-бусинок. На снимке показано место присоединения двух фрагментов ловчей спирали к радиусу.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Начальные этапы построения ловчей сети пауком-крестовиком.

Логарифмическая спираль приближенно описывает форму вспомогательной спиральной нити, которую прокладывает паук при строительстве колесовидной ловчей сети.

Спираль Архимеда описывает форму клейкой ловчей нити.

Зигзагообразные нити — одна из особенностей тенет пауков рода Argiope.

Кристаллические области шелкового волокна имеют складчатую структуру, наподобие той, что изображена на рисунке. Отдельные цепи соединены водородными связями.

Юные паучки-крестовики, только что выбравшиеся из паутинного кокона.

Пауки семейства Dinopidae spinosa плетут сетку из паутины между своих ног и затем набрасывают ее на жертву.

Паук-крестовик (Araneus diadematus) известен своим умением плести большие колесовидные ловчие сети.

Некоторые виды пауков пристраивают к круглой ловушке еще и длинную «лестницу», которая существенно повышает эффективность охоты.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Так выглядят под микроскопом паутинные трубочки, из которых выходят нити паутинного шелка.

‹

›

Возможно, пауки — не самые привлекательные создания, но их творение — паутина — не может не вызывать восхищения. Вспомните, как завораживает взгляд геометрическая правильность переливающихся на солнце тончайших нитей, растянутых между ветвями кустарника или среди высокой травы.

Пауки — одни из древнейших обитателей нашей планеты, заселившие сушу более 200 миллионов лет назад. В природе насчитывается около 35 тысяч видов пауков. Эти восьминогие существа, обитающие повсеместно, узнаваемы всегда и всюду, несмотря на различия в окраске и размерах. Но самая главная их отличительная особенность — это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно.

Пауки используют паутину для самых разных целей. Они делают из нее коконы для яиц, строят убежища для зимовки, используют в качестве «страховочного каната» при прыжках, плетут замысловатые ловчие сети и заворачивают пойманную добычу. Готовая к спариванию самка производит паутинную нить, помеченную феромонами, благодаря чему самец, двигаясь вдоль нити, легко находит партнершу. Молодые пауки некоторых видов улетают из родительского гнезда на длинных нитях, подхваченных ветром.

Питаются пауки в основном насекомыми. Ловчие приспособления, которыми они пользуются для добывания пищи, бывают самых разных форм и видов. Некоторые пауки просто протягивают несколько сигнальных нитей рядом со своим убежищем и, как только насекомое задевает за нить, бросаются на него из засады. Другие — выбрасывают нить с клейкой каплей на конце вперед, как своеобразный аркан. Но вершина конструкторской деятельности пауков — это все-таки круглые колесовидные тенета, расположенные горизонтально или вертикально.

Чтобы построить колесовидную ловчую сеть, паук-крестовик, обычный обитатель наших лесов и садов, выпускает довольно длинную прочную нить. Ветерок или восходящий поток воздуха поднимает нить вверх, и, если место для постройки паутины выбрано удачно, она цепляется за ближайшую ветку или другую опору. Паук проползает по ней, чтобы закрепить конец, иногда прокладывая для прочности еще одну нить. Затем он выпускает свободно свисающую нить и к ее середине прикрепляет третью, так что получается конструкция в форме буквы Y — первые три радиуса из более чем полусотни. Когда радиальные нити и рама готовы, паук возвращается в центр и начинает прокладывать временную вспомогательную спираль — что-то вроде «строительных лесов». Вспомогательная спираль скрепляет конструкцию и служит пауку дорожкой при построении ловчей спирали. Весь основной каркас сети, включая радиусы, делается из неклейкой нити, а вот для ловчей спирали используется двойная нить, покрытая клеящим веществом.

Удивительно то, что эти две спирали имеют разную геометрическую форму. Временная спираль имеет относительно мало витков, и расстояние между ними с каждым витком увеличивается. Происходит это потому, что, прокладывая ее, паук движется под одинаковым углом к радиусам. Форма получившейся ломаной линии близка к так называемой логарифмической спирали.

Липкая ловчая спираль строится по другому принципу. Паук начинает с края и продвигается к центру, сохраняя одинаковое расстояние между витками, и получается спираль Архимеда. При этом он обкусывает нити вспомогательной спирали.

Паутинный шелк производится особыми железами, расположенными в задней части брюшка паука. Известно по крайней мере семь типов паутинных желез, производящих разные нити, но ни у одного из известных видов пауков не встречаются все семь типов сразу. Обычно у паука от одной до четырех пар этих желез. Плетение паутины дело не быстрое, и на построение ловчей сети среднего размера уходит примерно полчаса. Чтобы переключиться на производство паутины другого вида (для ловчей спирали), пауку требуется минутная передышка. Пауки часто используют паутину повторно, съедая остатки ловчей сети, поврежденной дождем, ветром или насекомыми. Паутина переваривается в их организме с помощью специальных ферментов.

Структура паутинного шелка идеально отработана за сотни миллионов лет эволюции. Этот природный материал сочетает в себе два чудесных свойства — прочность и эластичность. Сеть из паутины способна остановить насекомое, летящее на полной скорости. Нить, из которой пауки плетут основу своей ловчей сети, тоньше человеческого волоса, а ее удельная (то есть пересчитанная на единицу массы) прочность на разрыв выше, чем у стали. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутинный шелк в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее.

Подобно человеческому волосу, шерсти овцы и шелку коконов гусеницы шелкопряда, паутина состоит в основном из белков. По аминокислотному составу белки паутины — спидроины — относительно близки к фиброинам, белкам, из которых состоит шелк, вырабатываемый гусеницами шелкопряда. И те и другие содержат необычно много аминокислот аланина (25%) и глицина (около 40%). Участки белковых молекул, богатые аланином, образуют плотно упакованные в складки кристаллические области, обеспечивающие высокую прочность, а те участки, где больше глицина, представляют собой более аморфный материал, способный хорошо растягиваться и тем самым придающий нити эластичность.

Как же образуется такая нить? На этот вопрос пока нет полного и ясного ответа. Наиболее подробно процесс прядения паутины был изучен на примере ампуловидной железы паука-кругопря да Nephila clavipes. Ампуловидная железа, производящая самый прочный шелк, состоит из трех основных отделов: центрального мешочка, очень длинного изогнутого канала и трубочки с выходным отверстием. Из клеток на внутренней поверхности мешочка выходят маленькие сферические капельки, содержащие молекулы белка спидроина двух типов. Этот вязкий раствор перетекает в хвостовую часть мешочка, где другие клетки выделяют белки другого типа — гликопротеины. Благодаря гликопротеинам образующееся волокно приобретает жидкокристаллическую структуру. Жидкие кристаллы замечательны тем, что, с одной стороны, они имеют высокую степень упорядоченности, а с другой — сохраняют текучесть. Пока густая масса движется к выходному отверстию, длинные молекулы белков ориентируются и выстраиваются параллельно друг другу в направлении оси формирующегося волокна. При этом между ними образуются межмолекулярные водородные связи.

Человечество скопировало многие из конструкторских находок природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью биотехнологических приемов. Первым шагом стало выделение генов, ответственных за производство белков, из которых состоит паутина. Эти гены были внедрены в клетки бактерий и дрожжей (см. «Наука и жизнь» № 2, 2001 г.). Канадские генетики пошли еще дальше — они вывели генетически модифицированных коз, молоко которых содержит растворенные белки паутины. Но проблема не только в том, чтобы получить белок паутинного шелка, необходимо смоделировать природный процесс прядения. А этот урок природы ученым еще предстоит выучить.

Назначение паутины

Вы уже знаете, как паук делает свою паутину. Но зачем она тему? Сразу для нескольких целей.

Здесь насекомое укрывается от всякого неприятеля или от непогоды (сетью оплетает нору).
Из паутины существо изготовляет сети для поимки малой летающей живности (мух и т.д.).
Коконы для защиты яиц (их «футляры») также производятся из прочного «шелка».
Паутиновый «мат» страхует своего обладателя в момент дальнего прыжка – паук не падает.
Изделие используется как тара – в ней охотник затаскивает порой большую добычу в нору.
Колыбель для паучат – еще одно предназначение для шедевра прядильного мастерства.
Готовые к самостоятельной жизни детеныши отправляются по «канатам» к разным углам.
Тарантулам клейкое вещество позволяет не поскальзываться.
Перенос спермы.

Остается добавить: для ловчих сетей используется более липкий состав паутинного вещества. Хотя паутину умеют готовить не только описываемые насекомые, а все паукообразные, исключительно пауки выделяют столько клейкого вещества, что способны покрыть им целое малое помещение.

Различие паутины по видам пауков

В зависимости от вида, пауками может сплетаться разная паутина, которая является своеобразной «визитной карточкой» членистоногого.

Круглая паутинка

Такой вариант паутины смотрится необыкновенно красиво, но является смертоносной конструкцией. Как правило, круглая паутина подвешивается в вертикальном положении и имеет часть клейких нитей, что не позволяет выбраться из неё насекомому. Плетение такой сети осуществляется в определенной последовательности. На первом этапе изготавливается внешняя рамка, после чего выполняется прокладка радиальных волокон от центральной части к краям. Спиральные нити вплетаются в самом конце.

Это интересно! Круглая паутина средних размеров имеет более тысячи точечных соединений, а для её изготовления требуется более двадцати метров паутинного шёлка, что делает конструкцию не только очень легкой, но и невероятно прочной.

Информация о наличии добычи в такой ловушке поступает к «охотнику» посредством специально вплетаемых сигнальных нитей. Появление каких-либо разрывов в такой паутине вынуждает паука заниматься плетением новой сети. Старая паутина, как правило, поедается членистоногими.

Прочная паутина

Такой вид паутины присущ для пауков-нефилов, широко распространённых на территории Юго-Восточной Азии. Построенные ими ловчие сети часто достигают в диаметре пару метров, а их прочность позволяет легко выдерживать вес взрослого человека.

Такие пауки ловят в свою прочную паутину не только обычных насекомых, но и некоторых мелких птиц. Как показывают результаты исследований, пауками такого вида может вырабатываться порядка трёх сотен метров паутинного шёлка ежедневно.

Паутина-гамак

Маленькие, круглые «пауки-монетки» плетут одну из самых сложных паутинных конструкций. Такими членистоногими ткутся плоские сети, на которых паук располагается и ожидает свою добычу. От основной сети вверх и вниз отходят специальные вертикальные нити, которые прикрепляются к расположенной поблизости растительности. Любые летающие насекомые быстро запутываются в вертикально сплетенных нитях, после чего падают на плоскую паутину-гамак.

Почему паук не прилипает к паутине?

Если описанная субстанция такая липкая, то почему ее создатель сам не прилипает к творению?

Уже упоминался один важный факт. Выпускаются нити сразу 2 категорий – сухие (не липкие) и вязкие (клейкие). Создатель паутины передвигается именно по первым. Также как его потомство.

А если разговор про саму постройку сети (во время процесса все нити должны склеиваться), то тут тоже все понятно. На специальных лапках у паука выделяется клей. Он мажет им участок нити, по которому прошел. Паук все помнит.

Мало того, выделяется еще и вещество, которое во время движения уменьшает сцепление клейкой разновидности ног с нитью. Чтобы эти специальные ноги не прилипли к одной из них.

Таким образом, ясно, что паук – комбинация, состоящая сразу из трех типов секреции. С железами работают разные пары ног. Некоторые отростки разрушают какой-либо объект с целью проделать дыру (паук тащит туда жертву). Представленные процессы контролируются нервным центром.

Причина первая — не все нити в паутине липкие

Пауки плетут разные нити для разных целей. Одни — для беспрепятственного передвижения по паутине, другие — для поимки и опутывания насекомых, еще одни — для плетения мешочка для яиц. Всего существует до 6 разных видов нитей, которые пауки могут плести.

Центр паутины сплетен из сухих, безопасных нитей. Там паук отдыхает и терпеливо ждет свой ужин. Радиальные нити, идущие от центра к краю, и сама внешняя окружность паутины также сделаны из сухих нитей. Это такие дорожки, по которым паук передвигается. А вот нити круговые как раз-то липкие. Именно они держат жертву мертвой хваткой и не дают ей ускользнуть.

Также бывают такие паутины, где полностью липких нитей нет, они просто усеяны маленькими липкими капельками. Результат тот же — насекомое дотрагивается до них и увязает, а паук знает, где можно ступать, а где нельзя.

Состав паутины

Основа паутины (2/3 ее состава) – это нерастворимый в воде белок фиброин (фибриллярный белок). Это вещество, которое дает паутине паука повышенную прочность. Состоит из комплекса простых белков (альбуминов), d-аланина (аминокислота), глютаминовой и аминоуксусной кислот.

Клейкость паутине обеспечивает серицин (вещество белкового происхождения, шелковый клей). В химический состав паутины также входит нитрат и гидрофосфат калия, обеспечивающие защиту от бактерий и грибков.

В зависимости от типа используемых желез паук производит около 7 разновидностей волокон различного химического состава, из чего и сплетает структурные части паутины.

Структура нити неоднородна. Она составлена жесткими белковыми кристаллами, прочно соединенными эластичными связками. По химическому составу и свойствам паутина похожа на шелк тутового шелкопряда, но паучий прочнее.

Нить сохраняет прочность при растяжении, не перекручивается даже при длительном вращении. Последнее свойство называется «шарнирность». Солнечный свет, жаркий и сухой воздух ослабляют прочность нити.