Если бы вы могли выбрать один материал для создания чего-то сверхпрочного, что бы вы выбрали? Сталь? Кевлар? А пауки уже решили эту задачу миллионы лет назад. Их паутина в пять раз прочнее стали и более гибкая, чем резина, при этом весит меньше пера. Но как такое возможно?! Как пауки превращают жидкий белок в супернить? Ответ кроется в молекулярном чуде, которое пауки создают за считанные секунды. Но почему тогда мы до сих пор не носим прочные куртки из паучьего шёлка? Почему учёные годами пытаются повторить структуру этого природного шедевра? Столько вопросов! Давайте разберёмся, как тонкие нити из брюшка паука превращаются в один из самых удивительных материалов на планете.
Как паучий шёлк становится в 5 раз прочнее стали: молекулярный секрет природы
Паучий шёлк — это не просто нить. Это сложная система из белков, которые самособираются в уникальную структуру. Основа паучьего шёлка — белки, содержащие повторяющиеся участки аминокислот. До прядения они хранятся в железах паука в виде гелеобразной жидкости. Но стоит начаться процессу — и молекулы вступают в «танец» под названием растяжение.
Новое исследование показало: ключ к прочности паутины, а точнее паучьего шёлка, — в растяжении. Когда паук вытягивает шёлк через прядильные бородавки, белковые цепочки меняют свою форму. До этого они собраны в компактные кластеры, похожие на клубки ниток.
После растяжения они выстраиваются в сеть с множеством водородных связей, которые работают как мини-замки. Эти связи распределяют нагрузку по всей нити, не позволяя ей порваться даже под весом, в десятки раз превышающим массу паука.
Если представить паутину толщиной с карандаш, она могла бы остановить летящий реактивный самолет! Правда, для этого понадобилось бы очень много пауков.
Почему паучий шёлк не используют массово: проблемы добычи и альтернативы
Пауки — не шелкопряды. Последние охотно поедают листья шелковицы и дают плотный шёлк, которого хватает на весь гардероб императоров. Пауки же — территориальные хищники, которые скорее съедят соседа, чем поделятся своей паутиной. Это делает массовый сбор шёлка практически невозможным.
Один известный эксперимент показал, что для получения метра ткани из паучьего шелка потребуется семь миллионов пауков. А еще их нужно как-то «доить», не повредив. Поэтому учёные ищут альтернативы:
- Генная инженерия: бактерии, растения и даже козы с встроенными генами пауков уже производят шёлковые белки.
- Синтетические аналоги: с помощью компьютерного моделирования создаются материалы, повторяющие структуру паучьего шёлка.
- 3D-печать: исследователи из MIT напечатали «искусственную паутину» на принтере, используя растворы белков.
Но пока ни один метод не достиг естественной прочности и гибкости оригинала.
Подписывася на наш канал в Telegram — там больше интересного каждый день!
Паучий шёлк будущего: от медицинских швов до космических тросов
Потенциал паучьего шёлка огромен. Учёные уже тестируют его для:
- Медицинских швов, которые не вызывают воспалений и растворяются в организме.
- Легких бронежилетов, способных останавливать пули без дискомфорта.
- Искусственных связок и сухожилий, повторяющих эластичность живых тканей.
- Космических тросов, которые будут удерживать спутники в орбитальной группировке.
Читай также: Молекулярная кольчуга: как наука изобрела броню будущего
Кстати, в Японии создали биопластик на основе паучьего шёлка, который разлагается в воде за месяц. Это может стать революцией в борьбе с пластиковыми отходами. Так что исследование шёлка пауков даёт плоды в разных направлениях.
А вы знали, что пауки плетут разные типы шелка для разных целей? Например, клейкая паутина для ловли добычи и сухие нити для строительства домика имеют разную структуру. Расскажите в нашем чате, что ещё вас удивляет в природе!
Паучий шёлк прочнее стали: как пауки создают идеальный природный материал