Паутина — уникальный природный материал. С одной стороны она достаточно эластичная, что не порваться от удара быстролетящего насекомого [1]. С другой стороны, чтобы это насекомое не отскочило назад, должна быть мягкой. Прочность паутины не вызывает сомнений — сам паук может спускаться на одной нитке паутины с большой высоты. По своему составу паутина крайне сложный материал — нитеобразующие органы паука (железы) вырабатывают различные белки (фиброин и серицин) после чего они сплетаются из множества окончаний в одну нить [2]. Паутина является интересным предметом для изучения, в том числе потому, что может использоваться как индикатор изменения условий окружающей среды [3].

Нас заинтересовала структура самой паутины, в том числе в различных зонах.

Цель: исследовать радиальную и спиральную нити паутины.

Анализ литературы показал, что паутина обладает двумя основными типами нитей [4] — радиальной и спиральной (рис. 1).

Рис. 1. Схематичное изображение различных зон паутины

Нами была найдена домашнего паука, аккуратно срезана. Далее эту паутину мы исследовали в оптическом микроскопе.

Спиральная паутина

Рис. 2.

Для более детального изучения различных нитей паутины, мы подготовили образцы для атомно-силового микроскопа. Однако при сканировании образца без специальной фиксации на покровном стекле получить изображение не удалось — паутина «пружинила» от зонда, смещалась в сторону. Мы попробовали смачивать паутину водой, однако в этом случае капельки воды не испарялись, а оставались на нитях, что делало невозможным сканирование. После нескольких попыток мы подобрали подходящий способ подготовки паутины для исследования в АСМ: после переноса паутины на покровное стекло с большого расстояния (более 20 см) распылялся обычный лак для волос из баллончика (в виде спрея). Таким образом, удалось, не повредив паутину, создать тонкий фиксирующий слой, который одновременно «прижал» паутину к поверхности стекла. При этом лак не остался в виде жидких капель, а только в форме тонкой сухой пленки, что позволило легко просканировать поверхность в АСМ.

Рис. 3. АСМ — изображения радиальной (а) и спиральной (б) нитей паутины

Как показали результаты, радиальная зона паутины относительно однородна по толщине и её размеры в поперечнике составляют в среднем 2 мкм, что позволяет обеспечивать достаточную прочность всей паутине в качестве ловушки. Спиральная паутина несколько меньше по толщине (1,8 мкм), однако через примерно одинаковые промежутки (около 20–25 мкм) в её структуре встречаются утолщения в форме бусин диаметром 2,0–2,2 мкм. Как указывают некоторые исследователи, в таких бусинах находится нить в свернутом виде и, в случае попадания насекомого в паутину, она разворачивается, создавая эффект эластичной паутины.

Выводы

Исследованы два типа нитей паутины — радиальная и спиральная. Из-за различных функций (высокая прочность для радиальной и высокая эластичность для спиральной) они имеют разную структуру.

Литература:

1.                Багров Д. Веревка из паутины // Квант. — 2010, № 4. — с. 28–30
2.                Перепелкин К. Е. Физико-химические особенности формования природных фиброиновых нитей // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. — 2007, т.50, № 11. — с. 3–13
3.                Бурченко Т. В. Использование свойств паутины в качестве индикатора изменения условий окружающей среды / Бурченко Т. В., Хомутова Т. В., Крылов Н. К. // Advances in current natural sciences (материалы конференции), — № 8, 2013. — с. 12–14
4.                Das R. Biomechanical characterization of spider webs / Rakesh Das, Amit Kumar, Anurag Patel et. al. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. — Volume 67, March 2017, Pages 101–109