Как бы странно это ни звучало, но обыкновенная паутина – невероятная тайна природы. Как может это невесомое полупрозрачное паучье «кружево» быть одним из самых прочных материалов на Земле, известных современной науке? Трудно поверить, что трос толщиной в обычный графитовый карандаш, «свитый» из паутины, может сдвинуть с места громадный самолёт «Боинг-747». Но это действительно так. Учёные, пытаясь проникнуть в тайны паутины, разбирают её под мощнейшими микроскопами буквально до мельчайших наноструктур и всё больше убеждаются, что паутина – это нечто на грани мистики, удивительное слияние естественного и таинственного.

Старше человечества на миллионы лет

Есть ли в природе место чуду? Паутина, поблёскивающая на солнце, доказывает, что есть. И настолько она сложна, разнообразна и непревзойдённа, что возникает вполне логичный вопрос о разумности самой матушки-природы или, если хотите, трансцендентности всего бытия, ибо такой продуманной может лишь структура, которая создана великим разумом и отнюдь не человеческим. Человеческий разум пока слишком ограничен для этого, ограничен настолько, что даже до конца не разобрался во всех тайнах паутины. Куда уж ему быть создателем!

Пауки, разумеется, не раскроют свой секрет (в буквальном смысле этого слова), приобретённый в ходе миллионов лет эволюции. Им это совершенно не нужно. Они, эти загадочные восьминогие создания, старше человечества на миллионы лет. В отличие от человека, они ползали по планете уже 200 миллионов лет назад, пережили все страшные катаклизмы, сгубившие многие другие виды, и счастливо дожили до наших дней, и ныне их насчитывается больше 40 тысяч видов! Скорее всего, человечество как вид они тоже переживут, потому что пауки обладают тем, чего нет у человека, – паутиной.

Лёгкая, прочная, эластичная

Что такое паутина? Натуральное природное белковое волокно, тончайшее и полупрозрачное, чей диаметр не больше 0,54 микрон. Паутина близка к натуральному шёлку, но гораздо тоньше и прочнее. Она поразительно лёгкая. Например, масса паутины, равная длине экватора земного шара, составляет всего лишь 340 граммов. И при этом она прочнее стали, способна растягиваться как резина и может порваться под тяжестью своего веса только в том случае, если её длина будет составлять более 50 метров.

Невооружённым глазом мы видим лишь совсем тонюсенькую ниточку, которая на самом деле весьма сложна по структуре. Изнутри паутинная нить состоит из ядра, которое называется фиброином и представляет собой вязкую, сиропообразную жидкость, легко затвердевающую на воздухе в уникальную надмолекулярную наноструктуру (к слову, это самая настоящая самосборка, один из главных принципов нанотехнологий).

Фиброин окружают концентрические слои гликопротеидных нановолокон, чей диаметр всего лишь пара нанометров, но это сложные белки, которые содержат углеводы и имеют молекулярную массу от 15 000 до 1 000 000 а.е.м. Между собой эти волоконца соединяются с помощью водородных связей.

В состав паутины также входят такие аминокислоты, как глицин, аланин и серин. На тех участках молекул, где преобладает аланин, образуются плотно уложенные в складки кристаллические области, обеспечивающие высокую прочность, а там, где больше глицина, участки представляют собой аморфный материал, обладающий способностью неимоверно растягиваться и тем самым придавать нити фантастическую эластичность.

Учёные просто в восторге от уникальных свойств паутины: «Молекулы гликопротеидов могут образовывать жидкие кристаллы со стержневидными фрагментами, которые укладываются параллельно друг другу, что придаёт структуре прочность твёрдого тела при сохранении способности течь подобно жидкости».

При этом ответа на самый главный вопрос: что именно заставляет жидкий секрет превращаться в твёрдую и нерастворимую прочную нить, у них до сих пор нет.

Также вызывает безмерное удивление ещё одно необычное свойство обычной паутины – её практически феноменальная внутренняя шарнирность, которая состоит в том, что если на паутину подвесить груз, то он будет свободно вращаться в одну и ту же сторону, и при этом паутинные нити не только не запутаются и не перекрутятся в клубок, но вообще не будут создавать какой-либо заметной силы противодействия.

Секреты «прядильной фабрики»

Процесс «прядения» паутинной чудо-ниточки тоже до конца не изучен. Известно, что за паутину отвечают специальные железы, расположенные в задней части брюшка паука. На данный момент учёные выделили семь типов таких желёз, причём одновременно все типы у одного паука встречаться не могут.

Некоторые учёные называют паутинный шёлк, находящийся внутри паука, «супчиком», который должен вызреть. Непосредственно перед выделением из железы раствор проходит химическую «обработку»: ткани вытягивают из него воду, в результате чего концентрация белков усиливается.

В результате всех этих пока малоизученных процессов жидкий белок меняет свою конфигурацию и выдавливается через многочисленные прядильные трубочки (у некоторых видов пауков их насчитывается до 55 штук) на поверхность так называемых паутинных бородавок. Узкие каналы трубочек способствуют вытягиванию молекул, а сопровождающие данный процесс химические изменения вызывают их слипание.

На воздухе фиброин формирует первую блочную структуру паутины, а уж она, в свою очередь, обеспечивает самосборку вторичной и третичной структуры паучьего фиброина. И уже из этого исходного материала пауки создают свои паутинные шедевры.

В зависимости от целей пауки выделяют разные по составу паутинные волокна. Чаще всего это липкий шёлк, используемый для ловчих сетей. Однако существуют и другие виды паутинных волокон: для перемещения и «парашютирования» пауков, жёсткие и твёрдые для крепежа, «пушистые» для «родильных» коконов, где хранятся яйца, есть специальные волокна для оплетания жертвы, укрепления своего жилища, страхования падения, обмана хищников и даже для привлечения партнёров в брачный период – с феромонами. По сути, железы паука – самая настоящая «полимерная фабрика», которая работает по «спецзаказам».

Марина Сотникова

Фотография: Shutterstock.com

Продолжение в №12/2017 журнала «Чудеса и приключения», стр. 70-73

Теги: , ,