Нить водной паутины земли. Как и почему паук плетет свою паутину

Пауки – маленькие ткацкие фабрики, они умеют вырабатывать тонкие нити, из которых искусно плетут кружева. Их скорости и навыкам могут позавидовать опытные кружевницы. Откуда пауки берут свою паутину?

Если вы перевернете насекомое и присмотритесь, то на брюшке увидите бугорочки. Это паутинные бородавки, которые образовались в процессе эволюции из атрофированных задних ног. В брюшной полости паука находятся многочисленные паутинные железы, протоки которых открываются и закрываются крохотными прядильными трубочками. У каждого вида их разное количество, некоторые экземпляры имеют до 500 таких трубочек. Это миниатюрная «ткацкая фабрика». Железы неустанно вырабатывают жидкость. Вязкий секрет состоит из белка, который моментально затвердевает, соприкасаясь с воздухом. Жидкость проходит по тоненьким трубочкам и, застыв, образует паутину.

Паук прижимает паутинные бородавки к поверхности, из них вытекает липкий секрет и приклеивается к ней. Из паутинных трубочек продолжает поступать жидкость. При помощи задних ног паук растягивает жидкость в тонкую струйку, которая быстро затвердевает, образуя паутинку.

Паутина – это тончайшая нить в десятки раз тоньше человеческого волоса. Она высокопрочная и эластичная. К примеру, нить натурального шелка в шесть раз уступает паутине по прочности.

Паук использует паутину для разных целей. Тщательно обвив кладку своих яиц, паук защищает свое будущее потомство от хищников и пересыхания. Для коконов паук использует специальную паутину, которая содержит антибиотик. Он-то и защищает кладку от грибков и болезнетворных бактерий.

Паутинные сети – отличное приспособление для охоты. Сотканные сети имеют липкую середину. Насекомое, попав в «силки», прилипает, и отчаянно сопротивляясь, запутывается. Паук невозмутимо наблюдает за происходящим со стороны. О том, что сети поймали «обед», паук узнает по движениям сигнальной паутины, которую он предусмотрительно подвел прямо к себе в нору. Обессиленную добычу паук поедает.

Ловчие сети – чудо инженерии. Паукообразные продумали все до мелочей. Сначала они плетут рамку – продольные и поперечные нити на определенном расстоянии. Границы рамки прикрепляются к неподвижной поверхности, это может быть дерево, камень, стена и т. д. Лучевые опорные нити по своей форме напоминают снежинку. Насекомое плетет их из неклейкого материала, по ним паук будет приходить к пойманной жертве.

Второй этап плетения ловчих сетей заключается в прокладывании спиральных нитей. Для этих целей пауки используют клейкий материал, к этим нитям будет прилипать неосторожное насекомое. Покрытие со временем теряет способность прилипать, поэтому многие пауки время от времени покрывают ее свежим слоем «клея». Чтобы сплести такое сооружение, паук затратит минимальное количество паутины и времени.

Вход в нору пауки заплетают толстым слоем паутины. Во-первых, это спасает от непогоды, во вторых, защищает от врагов, в-третьих, внутри норы создается желаемый микроклимат. Если насекомому холодно в своем жилище, он обвешивает «коврами» стены норы.

Пауки не все свое время проводят в норе, иногда они путешествуют. Вырабатывая паутинку, они спускаются по ней, как по канату.

Пауку без паутины жилось бы не сладко. Чтобы паукообразные выжили, матушка-природа наградила их даром – умением вырабатывать чудо-нити. Насекомые повсеместно пользуются своим мастерством и, по-моему, на свою жизнь не жалуются.

Большинство видов пауков плетут паутину, но не все, на пример тарантулы. Многие тарантулы зарываются в землю и выпускают немного паутины, занавешивая вход в «пещеру», чтобы легче ловились пролетающие насекомые . Все пауки, независимо от того, плетут они паутину или нет, имеют между собой несколько общих черт: у них восемь ног, все они питаются насекомыми. Запомните, что сами пауки не насекомые.

Пауки относятся к арахнидам, или паукообразным - это животные , в одну группу с которыми входят клещи и скорпионы. Существует около 40 тысяч видов пауков.

Зачем нужна паутина?

Они могут ткать очень простые изделия, а могут сплетать настоящие произведения искусства. Даже когда паутина готова, паук не поселяется в ней навечно. Сам паук может притаиться под кровельной дранкой или в углу оконного переплета, или под скалой. Назначение же паутины - ловить насекомых. На то, чтобы сплести качественную паутину, может потребоваться несколько часов.

Материалы по теме:

Почему собака рычит на хозяина?

Как пауки плетут паутину?

Например, паук – ткач использует для постройки паутины несколько типов нитей. Для создания основы, так сказать каркаса, он выделяет сухую паутину. А для того чтобы ловить насекомых, на основу ткач накладывает липкую паутину. Паутинная нить (своего рода «шелк») выделяется специальными железами на брюшке паука. Разные железы выделяют различные типы шелка. Паук может в зависимости от цели плетения паутины использовать тот или иной паутинный материал.

Круглый паук начинает плетение паутины, выбрасывая на ветер нить. Шелк летит по ветру и цепляется за какой – нибудь предмет, например за ветку дерева, что позволяет пауку забраться вверх по этой нити и добавить еще нить к первоначальной, чтобы сделать ее прочнее. После того как паук сделает общие контуры паутины, он прядет нить, соединяющую одну сторону паутины с другой. С центра этой соединительной нити паук начинает плести еще одну нить, которая соединит центр паутины с боковой нитью.

Материалы по теме:

Двойная жизнь лягушки

Затем паук положит множество соединительных сухих нитей от краев паутины по ее радиусам к центру, как спицы в велосипедном колесе. Затем круговыми нитями оплетаются эти «спицы». Получается спиральная сухая паутина. Потом на поверхность сухой паутины накладывается клейкая нить. Теперь паук избавляется от сухой паутины - съедает ее. Орудие лова сделано, силки для насекомых готовы.

Конструкция паутины

Конструкция паутины, как полагают специалисты, меняется в зависимости от способа охоты. Для нас вся паутина кажется одинаковой и состоящей из совершенно стандартных элементов. Такое обманчивое впечатление создается потому, что мы не видим паутину в ультрафиолетовом свете.

Кандидат физико-математических наук Е. Лозовская

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.

Чтобы изучить как паук плетет паутину, ученые выбрали нефилов (Nephila). Этот вид тропических пауков славится своей необычайно прочной шелковой нитью, из которой даже изготавливают приманку для ловли рыбы. Нефилы плетут огромные сети из паутины, и обладают зверским аппетитом. В основном они кормятся мухами и другими насекомыми. Мухи их любимая пища, но иногда в сети попадают и мелкие птицы.

Пауки нефилы ядовиты, и их яд по токсичности сравним с ядом каракурта. Но чтобы узнать, где образуется и как используется пауком паутина, анахрологов это не остановило. Шелк паука – необыкновенно прочный материал. Он превосходит по прочности все синтетические полимерные материалы, изобретенные человеком. Из него паукам удается сплести паутину, способную выдержать не только собственный вес, но и погасить энергию удара летящего насекомого.

Для постройки паутины паук использует нить в тридцать раз тоньше человеческого волоса. Пауки примечательны тем, что в отличие от других животных, которые ищут стройматериалы для гнезд в окружающей среде (например, птицы ищут веточки для строительства гнезд), умудряются хранить много стройматериала внутри своего тела.

Откуда же берется паутина у пауков? Заготовка для паутины – шелк, хранится в теле паука. Только там он имеет вид некой белковой массы, вроде супчика, где плавают беспорядочно два типа белков. Когда этот супчик выделяется наружу через специальные железы особой формы, которыми оснащен его организм, он почти сразу же претерпевает изменения, становится твердым. Шелкоотделительных желез у паука несколько штук. Они позволяют менять пауку толщину, крепость и плотность паутины. У взрослого паука достаточно материала, чтобы сплести три паутины подряд. Во время экспериментов ученые вытягивали из паука шелковую нить, длиной в 30 метров.

Как паук плетет свою паутину? Плетение паутины очень сложный и хорошо выверенный процесс. Первая нить, которую паук вытягивает из задней части тела, служит для создания основы паутины, при этом она самая прочная, так как состоит из первого, упорядоченного типа белков. Затем делается временный каркас, для чего паук из центра паутины к внешним краям прокладывает дорожки из нитей совсем другого качества. Затем паук начинает плести от внешнего края к центру сеть по кругу. Временный каркас при этом паук съедает и заменяет его на очень эластичный и липкий шелк. Это смертельное оружие для ловушки – липкий шелк, ученые рассмотрели под электронным микроскопом. На нем обнаружились крошечные капельки клея. А вот почему паук не прилипает к своей паутине — это тема другой статьи.

Какие узлы использует паук, когда плетет паутину? Или он вообще не использует узлы?

При плетении паутины паук совсем не использует узлы. Они ему не нужны: нити ловчей сети паук склеивает между собой особым типом паутины - соединительной.

Клейкая капелька состоит из гликопротеинового ядра и водянистой оболочки из воды и пептидов . Клейкость капельки зависит от влажности воздуха: если очень сухо, часть воды может испариться, и капелька потеряет свои свойства. Это одна из причин, почему во влажном климате больше разнообразие пауков. Каждый вид паука приспособлен к определенному диапазону влажности. Это достигается варьированием состава клейких капелек от вида к виду.

Помимо обеспечения клейкости капельки выполняют и другие функции. Например, у австралийского паука-аргиопы (Argiope keyserlingi ) они могут служить приманкой для мух - его жертв. Клейкие капельки аргиопы содержат путресцин - вещество, выделяющееся при разложении трупов животных. Поэтому падальные мухи летят на его запах и попадаются в ловушку (см. Паутина паука-аргиопы привлекает насекомых запахом , «Элементы», 17.07.2017).

Итак, мы разобрались со свойствами паутинной нити. Посмотрим теперь, как устроена сама паутина. Основу паутины составляют несущие нити - обычно их три или четыре, - которые паук прилепляет обоими концами к субстрату (например, ветви дерева или стеблю травы) с помощью соединительных дисков. Иногда их поддерживают дополнительные якорные нити (см. рисунок ниже). К несущим нитям крепятся радиальные, сходящиеся к центру паутины - «ступице».

На радиальные нити паук наносит ловчую спираль. Часто ловчая спираль немного не доходит до «ступицы», оставляя свободную зону, значение которой пока непонятно. В местах пересечения разных нитей находятся упомянутые выше соединительные диски, поддерживающие конструкцию.

Попадая в паутину, насекомые приклеиваются чаще всего к ловчей спирали. Но, конечно, не намертво: активно дергаясь, они могут отклеиться и улететь - так что пауку надо спешить. Узнав об улове, он сразу же бежит к жертве, кусает ее и затем, обездвиженную, опутывает своей паутиной. Секрет желёз, открывающихся в его челюсти-хелицеры , содержит яд, который парализует добычу. Кроме того, паук впрыскивает в жертву пищеварительные ферменты, которые расщепляют ее внутренности и превращают их в густой бульон. Этот частично переваренный суп паук потом всасывает. А чтобы вовремя заметить добычу, сети многих видов пауков имеют специальные сигнальные нити, которые ведут непосредственно к пауку, сидящему открыто в центре паутины или в укромном убежище на периферии. Когда попавшееся насекомое начинает биться, оно колеблет паутину - в том числе и сигнальные нити. По их вибрации паук и определяет, что добыча попалась.

Так что разные нити паутины выполняют разные функции. Пауки могут производить до семи типов паутинных нитей, которые различаются по составу и свойствам и выделяются разными паутинными железами. Несущие нити паутины - самые крепкие. А вот нити ловчей спирали - самые липкие, потому что на них больше всего концентрация клейких капелек. Поэтому, например, к идущему по лесу человеку цепляются нити именно ловчей спирали. Кроме того, есть специальный тип нитей для обматывания жертвы, нити для формирования мягкого внутреннего слоя кокона для яиц и нити для прочного наружного слоя кокона. А также специальная соединительная паутина.

Но как же сам паук не приклеивается к своей паутине? Во время плетения паутины он касается клейких ловчих нитей только самыми кончиками ног, покрытыми многочисленными волосками, что уменьшает площадь контакта с клейкими каплями. Кроме того, ноги паука смазаны особым маслянистым веществом, препятствующим приклеиванию. Ну а когда паук ходит по своей паутине, он передвигается по менее клейким радиальным нитям.

Ответил: Алексей Опаев
Рисунок Екатерины Волович