Webové hádanky
Možná pavouci nejsou nejatraktivnější stvoření, ale jejich výtvor - síť - nemůže způsobit obdiv. Vzpomeňte si, jak oko fascinuje geometrická správnost těch nejjemnějších nití třpytících se na slunci, natažených mezi větvemi keře nebo mezi vysokou trávou.
Pavouci jsou jedním z nejstarších obyvatel naší planety, obývali zemi před více než 200 miliony let. V přírodě existuje asi 35 tisíc druhů pavouků. Tito osminozí všudypřítomní tvorové jsou rozpoznatelní vždy a všude, navzdory rozdílům v barvě a velikosti. Ale jejich nejdůležitějším rozlišovacím znakem je schopnost vyrábět pavoučí hedvábí, přírodní vlákno nepřekonatelné pevnosti.
Pavouci používají své sítě k různým účelům. Vytvářejí z něj vaječné zámotky, staví přístřešky na zimování, používají ho jako „bezpečnostní lano“ při skákání, pletou složité odchytové sítě a omotávají ulovenou kořist. Samice, připravená k páření, vytváří pavučinovou nit označenou feromony, díky níž samec, pohybující se po niti, snadno najde partnerku. Mladí pavouci některých druhů odlétají z mateřského hnízda na dlouhých nitích nabraných větrem.
Pavouci se živí hlavně hmyzem. Odchytová zařízení, která používají k získávání potravy, mají různé tvary a typy. Někteří pavouci jednoduše natáhnou několik signálních vláken poblíž svého úkrytu, a jakmile se hmyz dotkne vlákna, vrhnou se na něj ze zálohy. Ostatní - hodit nit s lepkavou kapkou na konci dopředu, jako druh lasa. Ale vrcholem designérské činnosti pavouků jsou stále kulaté sítě ve tvaru kola umístěné vodorovně nebo svisle.
K sestavení záchytné sítě ve tvaru kola vypouští pavouk křížový, běžný obyvatel našich lesů a zahrad, poměrně dlouhou, silnou nit. Vánek nebo proud vzduchu nit nadzvedne, a pokud je dobře zvoleno místo pro stavbu pavučiny, přilne k nejbližší větvi nebo jiné podpěře. Pavouk se přes něj plazí, aby zajistil konec, někdy položí další vlákno pro sílu. Poté uvolní volně visící nit a do jejího středu připevní třetí, takže vznikne struktura ve tvaru Y - první tři poloměry z více než padesáti. Když jsou radiální závity a rám připraveny, pavouk se vrátí do středu a začne pokládat dočasnou pomocnou spirálu - něco jako "lešení". Pomocná spirála upevňuje konstrukci a slouží jako cesta pro pavouka při stavbě lapací spirály. Celý hlavní rám sítě včetně rádiusů je vyroben z nelepivé nitě, ale pro lapací spirálu je použita dvojitá nit potažená lepidlem.
Tyto dvě spirály mají překvapivě různé geometrické tvary. Časová spirála má relativně málo otáček a s každým otočením se vzdálenost mezi nimi zvětšuje. To se děje proto, že při pokládání se pavouk pohybuje ve stejném úhlu k poloměrům. Tvar výsledné lomené čáry se blíží tzv. logaritmické spirále.
Lepkavá lapací spirála je postavena na jiném principu. Pavouk začíná od okraje a pohybuje se směrem ke středu, přičemž udržuje stejnou vzdálenost mezi zatáčkami a je získána Archimedova spirála. Přitom okusuje závity pomocné spirálky.
Pavoučí hedvábí je produkováno speciálními žlázami umístěnými v zadní části pavoučího břicha. Je známo nejméně sedm typů pavoučích žláz, které produkují různá vlákna, ale žádný ze známých pavoučích druhů nemá všech sedm typů najednou. Pavouk má obvykle jeden až čtyři páry těchto žláz. Tkaní sítě není rychlá záležitost a vytvoření středně velké lapací sítě trvá asi půl hodiny. Aby mohl pavouk přejít na výrobu jiného typu sítě (pro lapací spirálu), potřebuje minutu oddechu. Pavouci síť často znovu používají a požírají zbytky lapací sítě poškozené deštěm, větrem nebo hmyzem. Síť je trávena v jejich těle pomocí speciálních enzymů.
Struktura pavoučího hedvábí byla dokonale propracována během stovek milionů let evoluce. Tento přírodní materiál v sobě spojuje dvě úžasné vlastnosti – pevnost a pružnost. Pavučinová síť může zastavit hmyz létající plnou rychlostí. Vlákno, ze kterého pavouci tkají základ své lapací sítě, je tenčí než lidský vlas a jeho specifická (tj. přepočtená na jednotku hmotnosti) pevnost v tahu je vyšší než u oceli. Pokud porovnáme gossamerovou nit s ocelovým drátem stejného průměru, vydrží přibližně stejnou váhu. Ale pavoučí hedvábí je šestkrát lehčí, což znamená, že je šestkrát pevnější.
Stejně jako lidské vlasy, ovčí vlna a hedvábí zámotků bource morušového jsou sítě tvořeny především bílkovinami. Pokud jde o složení aminokyselin, web proteiny (spidroiny) jsou relativně blízké fibroinům, proteinům, které tvoří hedvábí produkované housenkami bource morušového. Oba obsahují neobvykle vysoké množství aminokyselin alaninu (25 %) a glycinu (asi 40 %). Oblasti proteinových molekul bohatých na alanin tvoří krystalické oblasti hustě zabalené do záhybů, které poskytují vysokou pevnost, a oblasti, kde je více glycinu, jsou amorfnější materiál, který se může dobře roztahovat a tím dodávat niti pružnost.
Jak se takové vlákno tvoří?? Tato otázka zatím nemá úplnou a jasnou odpověď. Proces spřádání sítě byl nejpodrobněji studován na příkladu ampulovité žlázy pavouka kulovitého (Nephila clavipes). Ampuloidní žláza, která produkuje nejpevnější hedvábí, se skládá ze tří hlavních částí: centrálního vaku, velmi dlouhého zakřiveného kanálu a trubice s vývodem. Z buněk na vnitřním povrchu vaku vycházejí malé kulovité kapičky, které obsahují dva typy molekul spidroinových proteinů. Tento viskózní roztok proudí do ocasu vaku, kde další buňky vylučují další typ proteinu – glykoproteiny. Díky glykoproteinům získává výsledná vláknina tekutě krystalickou strukturu. Tekuté krystaly jsou pozoruhodné tím, že na jedné straně mají vysoký stupeň uspořádanosti a na druhé straně zůstávají tekuté. Jak se hustá hmota pohybuje směrem k výstupu, dlouhé proteinové molekuly se orientují a seřazují se vzájemně rovnoběžně ve směru osy vznikajícího vlákna. V tomto případě mezi nimi vznikají mezimolekulární vodíkové vazby.
Lidstvo zkopírovalo mnoho designových poznatků přírody, ale tak složitý proces, jako je spřádání sítě, zatím nelze reprodukovat. Tento obtížný problém se nyní vědci snaží vyřešit pomocí biotechnologických technik. Prvním krokem byla izolace genů odpovědných za produkci proteinů, které tvoří síť. Tyto geny byly zavedeny do bakteriálních a kvasinkových buněk. Kanadští genetici šli ještě dál – vyšlechtili geneticky modifikované kozy, jejichž mléko obsahuje rozpuštěné pavučinové proteiny. Ale problém není jen v získávání proteinu z pavoučího hedvábí, je nutné simulovat přirozený proces předení. A tuto lekci přírodních vědců se ještě musí naučit.
Kandidát fyzikálních a matematických věd E. Lozovskaya, časopis "Věda a život"
