Новое исследование выяснило механизм работы хелицер у пауков, ротовых придатков, которые иногда называют «клыками», позволяющих им резать паутину и прочные волокна, например, карбоновые и кевларовые нити.
Паутина — один из самых прочных природных материалов. Предел прочности каркасных волокон паутины… Araneus diadematusсоставляетДавление колеблется от 1,1 до 2,7 гигапаскалей. К примеру, предел прочности стали равен 0,4-1,5 гигапаскалям, а у человеческого волоса — 0,25 гигапаскаля.
Тем не менее сами паукиС легкостью рассекают паутину при обращении с добычей. Ученые прежде связывали это умение с химией: полагали, что пауки производят особый фермент, растворяющий волокна. Такой механизм не объясняет скорости работы паука с паутиной, например, в случае опасности.
Специалисты по биотехнологиям и биоинженерии из Швеции и Италии решили разгадать загадку. опубликовал журнал Advanced ScienceИзучали пауков и разрезы, сделанные ими, с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Учёные провели ряд опытов с паукaми разных видов. Nuctenea umbratica и Steatoda triangulosaИспытуемые общались не только со своей паутиной, но и с образцами, созданными учеными из синтетических материалов — нитей из углеродного волокна и кевлара.
В итоге ученые установилиСекрет быстрого и эффективного рассечения самых прочных нитей кроется в морфологии хелицер пауков. Оказалось, что эти органы покрыты зубцами с «функционально градуированным расстоянием» друг от друга, увеличивающимся от основания клыка до его вершины.
Благодаря такому строению попавшие в хелицеры волокна скользят по зубчатому краю до упора в зазубрину соответствующего размера. Эта особенность геометрии точек контакта снижает усилие, необходимое для рассечения волокон, и делает сам процесс разрезания максимально эффективным.
Учёные выяснили, что их исследование помогает лучше понять эффективность клыков пауков и открывает новые возможности в различных областях. По результатам работы возможно улучшить существующие системы разрезания прочных материалов и разработать новые инструменты для этого.
Ранее учёные из Института физико-химических исследований РИКЭН провели исследование. выяснилиНеобычайную прочность паутины обуславливает специфическая структура доменов белка.
В другой работе ученые предложилиПроизводить линзы для биoлогических систем визуализации из паучьего шелка.