Зоология: биомеханизм

Зоология: биомеханизм

Они вызывают страх и неприязнь. Но некоторыми из их способностей человек не только наделил вымышленного супергероя, но и активно пользуется в реальности. Ведь пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете.

1. Камера с зумом и панорамой

Z4300367-Jumping_spider_SE.jpg
Передние глаза паука-скакунчика (Salticidae)

У большинства пауков глаза устроены просто: зачем острое зрение тому, кто проводит значительную часть времени, сидя на паутине? Однако есть виды, которые отказались от плетения сетей, обзавелись яркой окраской и сложным поведением. Так, пауки-скакунчики (Salticidae) всегда в движении: прыгают с травинки на травинку, высматривая добычу или партнера для спаривания. У них, как и у большинства других пауков, восемь глаз: два расположены по бокам, пара направлена назад, еще две — вперед. И если боковые и задние различают лишь свет, тень и резкие движения, помогая животному спасаться от врагов, то передние глаза, самые крупные, — это оптический прицел для охоты.

Основная пара глаз, которую также называют медиальной, отличается по строению от остальных. У «главных» глаз нет зеркальца — внутренней светоотражающей оболочки, зато есть мускульные пучки, двигающие сетчатку. Боковые же глаза, напротив, снабжены зеркальцем и лишены мышц. Основные глаза сильно вытянуты в длину, а в самой глубине «зрительной трубки» расположены светочувствительные клетки. Получается, что длиннофокусные глаза пауков-скакунчиков проецируют на сетчатку крупное изображение при малом поле зрения, примерно так же, как телеобъективы в фотокамерах. Мышцы двигают глаз внутри головы паука, и он сканирует окружающий мир, «склеивая» в панораму множество детальных снимков.

Скакунчики не только обладают объемным зрением, но и прекрасно различают цвета, в том числе близкие, например оранжевый и красный. В сетчатке их глаз, как и у человека, три вида светочувствительных клеток.

2. Суперклейкий скотч

C0387018-Spider_s_foot_SEM.jpg
Конечность паука с коготками и щетинками

Независимо от своего размера и массы пауки способны взбираться по абсолютно гладким вертикальным поверхностям, причем иногда с невероятной скоростью. Пауки могут висеть на гладком стекле даже вниз головой, при этом вольны спрыгнуть в любой момент. Липучек, как у осьминогов, у них нет. Нога паука напоминает очень густую щетку. Каждый миллиметр поверхности покрывает множество ворсинок в десять раз тоньше человеческого волоса. На конце ворсинки расширяются подобно шпателю. В результате между конечностью паука и поверхностью возникают силы взаимодействия заряженных частиц на молекулярном уровне.

Исследования структуры этих ворсинок, а также аналогично устроенных лап у гекконов помогли ученым создать суперлипкую ленту, 20 сантиметров которой выдерживают вес взрослого человека. Одним из авторов изобретения был Андрей Гейм, лауреат Нобелевской премии и ученый, получивший графен.

3. Сверхпрочные волокна

C0321570-Spider_silk_gland_.jpg
Паутинные железы паука-кругопряда

Все пауки выделяют паутину — это секрет особых желез, состоящий из белка спидроина, богатого глицином, аланином и серином. Глицин дает паутине гибкость, а аланин и серин — прочность. При контакте с воздухом жидкий секрет желез густеет и превращается в нить. По прочности она близка к нейлону, а по предельному напряжению сопоставима со сталью. На производство спидроина пауки тратят так много ресурсов, что зачастую сами съедают старые и поврежденные нити, чтобы использовать их повторно. Люди давно хотели получить аналогичные нити, и в 2011 году Малкольм Фрейзер и Дональд Джарвис заменили ген, отвечающий за производство «шелкового» белка у шелкопряда на аналогичный, принадлежащий одному из видов пауков, в результате чего получили очень прочную и эластичную нить Dragon silk, которую используют в создании бронежилетов. Хотя по соотношению прочности и легкости «драконьему шелку» до настоящей паутины, как до звезды.

АРАХНОЛОГИЯ
Сигнальные огни

Паукам не нужна слишком крупная добыча, поэтому многие из них наносят на свои сети узоры, стабилиментумы, отражающие УФ-лучи. В результате паутина становится заметной для птиц, а заодно и более привлекательной для насекомых-опылителей, подобно цветам, также отражающим ультрафиолет.

Z4300209-Spider_Argiope_bru.jpg

Паук-оса (Argiope bruennichi) наносит на паутину узор, похожий на пропеллер.

01ASZ79D.jpg

Argiope keyserlingi рисует на своих силках крест.

Web_debris_spider_(Cyclosa_.jpg

Cyclosa insulana помечает паутину ровной спиралью, за что и названа «движущейся по кругу» (от гр. κύκλος — «круг»).

01557736.jpg

Cyclosa turbinata, как и другие пауки из рода cyclosa, вкрапляет в паутину частицы подножного мусора в целях маскировки.

4. Каркасная архитектура

C0208808-Spider_s_silk_SEM.jpg
Паутина паука-кругопряда

Пауки используют паутину практически везде: как страховочную систему во время прыжков, для плетения коконов и, конечно же, ловчих сетей. Самые совершенные получаются у пауков-кругопрядов (Araneidae). Они производят сразу несколько типов нитей. Основные — жесткие, подобно несущим опорам у зданий, они создают прочный каркас, на который по спирали паук прикрепляет тонкую липкую нить, основной ловчий инструмент.

Нити паутины обладают гидрофобностью, то есть отталкивают от себя капли воды. Поэтому во время дождя паутина не намокает и остается легкой и прочной. Есть пауки, которые полностью перешли к подводному образу жизни. Например, паук-серебрянка (Argyroneta aquatica) строит из нитей подводный купол, также используя прочный каркас. Паук наполняет купол воздухом, принося пузырьки с поверхности на брюшке, покрытом пропитанными жирным веществом волосками. Конструкция служит подводным домом для серебрянки, где эти пауки поедают добычу и даже спариваются. Подобную купольную структуру архитекторы давно используют при строительстве крыш стадионов, концертных залов и других современных зданий, где требуются большие, легкие и прочные перекрытия.

5. Гидравлика

C0321453-White-banded_fishi.jpg
Конечность крупного паука Dolomedes

В 1795 году Джозеф Брама изобрел гидравлический пресс. Впоследствии технология гидравлики перешла во многие изобретения: от велосипедов до космических кораблей. Оказалось, что ноги паука устроены по тому же принципу. Отличительная особенность пауков — это восемь ходильных конечностей, причем у некоторых видов они бывают в несколько раз длиннее тела. И если у насекомых мышцы отвечают за сгибание и разгибание ног, так же как у нас с вами, то конечности пауков устроены иначе. Мышцы внутри полых сегментов их ног прикрепляются чуть выше сгибов, поэтому за счет работы мускулов ноги могут только сгибаться. А вот чтобы разгибать свои конечности, причем с большой скоростью, пауки используют гидравлическую систему, единственные среди всех членистоногих. Чтобы разогнуть ногу, паук напрягает мышцы тела и поднимает давление гемолимфы — так называется «кровь» пауков — до 480 мм рт. ст. (для сравнения: нормальное кровяное давление человека — всего 130 мм рт. ст.). Чтобы ногу не разорвало от такого притока жидкости, между жесткими сегментами из хитина есть прочные эластичные мембраны, которые гасят излишнее давление.

Фото: SPL /LEGION-MEDIA (X6), NPL, DIOMEDIA, CHARLES J SHARP (SHARPPHOTOGRAPHY. CO. UK) (CC-BY-SA)

Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 7, июль 2019

Ключевые слова: зоология, пауки
Подписка на журнал
 
# Вопрос-Ответ
НОВОСТИ ПАРТНЕРОВ