Corda fatta di ragnatele. Cos'è più forte: la ragnatela o l'acciaio? Chi ha la rete più forte?

Chiunque può facilmente spazzare via le ragnatele appese tra i rami di un albero o sotto il soffitto nell'angolo più lontano della stanza. Ma poche persone sanno che se il nastro avesse un diametro di 1 mm, potrebbe sopportare un carico del peso di circa 200 kg. Il filo di acciaio dello stesso diametro può resistere molto meno: 30–100 kg, a seconda del tipo di acciaio. Perché il web ha proprietà così eccezionali?

Alcuni ragni intrecciano fino a sette tipi di fili, ognuno dei quali ha il proprio scopo. I fili possono essere utilizzati non solo per catturare le prede, ma anche per costruire bozzoli e lanciarsi con il paracadute (decollando nel vento, i ragni possono sfuggire a una minaccia improvvisa e in questo modo i giovani ragni si diffondono in nuovi territori). Ogni tipo di rete è prodotta da ghiandole speciali.

La rete utilizzata per catturare la preda è costituita da diversi tipi di fili (Fig. 1): telaio, radiale, ricevitore e ausiliario. Il più grande interesse degli scienziati è il filo del telaio: ha sia un'elevata resistenza che un'elevata elasticità: è questa combinazione di proprietà che è unica. Massima resistenza alla trazione del filo del telaio del ragno Araneus diadematoè 1,1–2,7. Per fare un confronto: la resistenza alla trazione dell'acciaio è 0,4–1,5 GPa e quella dei capelli umani è 0,25 GPa. Allo stesso tempo, il filo del telaio può allungarsi del 30–35% e la maggior parte dei metalli può sopportare una deformazione non superiore al 10–20%.

Immaginiamo un insetto volante che colpisce una rete tesa. In questo caso, il filo della tela deve allungarsi in modo che l'energia cinetica dell'insetto volante venga convertita in calore. Se la rete immagazzinasse l'energia ricevuta sotto forma di energia di deformazione elastica, l'insetto rimbalzerebbe sulla rete come su un trampolino. Una proprietà importante del tessuto è che rilascia una grandissima quantità di calore durante il rapido allungamento e la successiva contrazione: l'energia rilasciata per unità di volume è superiore a 150 MJ/m 3 (l'acciaio rilascia 6 MJ/m 3). Ciò consente alla rete di dissipare efficacemente l'energia dell'impatto e di non allungarsi troppo quando una vittima vi rimane intrappolata. La ragnatela o i polimeri con proprietà simili potrebbero essere materiali ideali per armature leggere.

Nella medicina popolare esiste una ricetta del genere: per fermare l'emorragia, puoi applicare una ragnatela su una ferita o un'abrasione, liberandola accuratamente dagli insetti e dai piccoli ramoscelli incastrati in essa. Si scopre che le ragnatele hanno un effetto emostatico e accelerano la guarigione della pelle danneggiata. Chirurghi e trapianti potrebbero usarlo come materiale per suturare, rinforzare gli impianti e persino come materiale grezzo per organi artificiali. Utilizzando le tele di ragno, le proprietà meccaniche di molti materiali attualmente utilizzati in medicina possono essere notevolmente migliorate.

Quindi, la ragnatela è un materiale insolito e molto promettente. Quali meccanismi molecolari sono responsabili delle sue proprietà eccezionali?

Siamo abituati al fatto che le molecole sono oggetti estremamente piccoli. Ma non è sempre così: intorno a noi sono molto diffusi i polimeri, che hanno molecole lunghe costituite da unità identiche o simili. Tutti sanno che l'informazione genetica di un organismo vivente è registrata in lunghe molecole di DNA. Tutti tenevano in mano dei sacchetti di plastica, costituiti da lunghe molecole di polietilene intrecciate. Le molecole dei polimeri possono raggiungere dimensioni enormi.

Ad esempio, la massa di una molecola di DNA umano è di circa 1,9·10 12 amu. (tuttavia, questo è circa cento miliardi di volte superiore alla massa di una molecola d'acqua), la lunghezza di ciascuna molecola è di diversi centimetri e la lunghezza totale di tutte le molecole di DNA umano raggiunge i 10 11 km.

La classe più importante di polimeri naturali sono le proteine; sono costituite da unità chiamate aminoacidi. Diverse proteine svolgono funzioni estremamente diverse negli organismi viventi: controllano le reazioni chimiche, sono utilizzate come materiali da costruzione, per la protezione, ecc.

Il filo dell'impalcatura della rete è costituito da due proteine, chiamate spidroine 1 e 2 (dall'inglese ragno- ragno). Gli spidroini sono molecole lunghe con masse che vanno da 120.000 a 720.000 amu. Le sequenze aminoacidiche degli spidroini possono differire da ragno a ragno, ma tutti gli spidroini hanno caratteristiche comuni. Se allunghi mentalmente una lunga molecola di spidroina in linea retta e osservi la sequenza di aminoacidi, si scopre che consiste in sezioni ripetute simili tra loro (Fig. 2). Nella molecola si alternano due tipi di regioni: relativamente idrofile (quelle energeticamente favorevoli al contatto con le molecole d'acqua) e relativamente idrofobe (quelle che evitano il contatto con l'acqua). Alle estremità di ciascuna molecola ci sono due regioni idrofile non ripetitive e le regioni idrofobiche sono costituite da molte ripetizioni di un amminoacido chiamato alanina.

Una lunga molecola (ad esempio, una proteina, un DNA, un polimero sintetico) può essere pensata come una corda accartocciata e aggrovigliata. Allungarlo non è difficile, perché gli anelli all'interno della molecola possono raddrizzarsi, richiedendo uno sforzo relativamente minimo. Alcuni polimeri (come la gomma) possono allungarsi fino al 500% della loro lunghezza originale. Quindi la capacità delle ragnatele (un materiale costituito da lunghe molecole) di deformarsi più dei metalli non è sorprendente.

Da dove viene la forza del web?

Per capirlo, è importante seguire il processo di formazione del filo. All'interno della ghiandola del ragno, gli spidroini si accumulano sotto forma di soluzione concentrata. Quando si forma il filamento, questa soluzione esce dalla ghiandola attraverso uno stretto canale, questo aiuta ad allungare le molecole e ad orientarle lungo la direzione dello stiramento, e i corrispondenti cambiamenti chimici fanno sì che le molecole aderiscano tra loro. Frammenti di molecole costituiti da alanine si uniscono e formano una struttura ordinata, simile ad un cristallo (Fig. 3). All'interno di tale struttura, i frammenti sono disposti parallelamente tra loro e collegati tra loro da legami idrogeno. Sono queste aree, interconnesse tra loro, che forniscono la resistenza della fibra. La dimensione tipica di regioni così densamente popolate di molecole è di diversi nanometri. Le aree idrofile situate attorno a loro risultano arrotolate in modo casuale, simili a corde accartocciate, possono raddrizzarsi e quindi garantire l'allungamento della rete;

Molti materiali compositi, come la plastica rinforzata, sono costruiti secondo lo stesso principio del filo dell'impalcatura: in una matrice relativamente morbida e flessibile, che consente la deformazione, ci sono piccole aree dure che rendono il materiale resistente. Sebbene gli scienziati dei materiali lavorino con sistemi simili da molto tempo, i compositi artificiali stanno appena iniziando ad avvicinarsi alle ragnatele nelle loro proprietà.

È interessante notare che quando il web si bagna si contrae notevolmente (questo fenomeno è chiamato supercontrazione). Ciò avviene perché le molecole d’acqua penetrano nella fibra e rendono più mobili le regioni idrofile disordinate. Se la rete si è allungata e si è abbassata a causa degli insetti, in una giornata umida o piovosa si contrae e allo stesso tempo ripristina la sua forma.

Notiamo anche una caratteristica interessante della formazione del filo. Il ragno estende la tela sotto l'influenza del proprio peso, ma la tela risultante (diametro del filo di circa 1–10 μm) può solitamente sostenere una massa sei volte quella del ragno stesso. Se aumenti il peso del ragno facendolo ruotare in una centrifuga, inizierà a secernere una tela più spessa e resistente, ma meno rigida.

Quando si tratta di utilizzare le ragnatele, sorge la domanda su come ottenerle in quantità industriali. Nel mondo esistono installazioni per i ragni “mungitori”, che estraggono i fili e li avvolgono su apposite bobine. Questo metodo però è inefficace: per accumulare 500 g di tela sono necessari 27mila ragni di media taglia. E qui la bioingegneria viene in aiuto dei ricercatori. Le moderne tecnologie consentono di introdurre geni che codificano per le proteine della ragnatela in vari organismi viventi, come batteri o lieviti. Questi organismi geneticamente modificati diventano fonti di reti artificiali. Le proteine prodotte mediante ingegneria genetica sono chiamate ricombinanti. Si noti che solitamente gli spidroini ricombinanti sono molto più piccoli di quelli naturali, ma la struttura della molecola (regioni idrofile e idrofobiche alternate) rimane invariata.

C'è fiducia che la rete artificiale non avrà proprietà inferiori a quelle naturali e troverà la sua applicazione pratica come materiale durevole e rispettoso dell'ambiente. In Russia diversi gruppi scientifici di vari istituti stanno studiando congiuntamente le proprietà della rete. La produzione della ragnatela ricombinante viene effettuata presso l'Istituto statale di ricerca genetica e la selezione di microrganismi industriali è studiata presso il Dipartimento di Bioingegneria, Facoltà di Biologia, Università Statale di Mosca; M.V. Lomonosov, i prodotti delle proteine della ragnatela vengono formati presso l'Istituto di chimica bioorganica dell'Accademia russa delle scienze e le loro applicazioni mediche vengono studiate presso l'Istituto di trapianti e organi artificiali.

I rappresentanti dell'ordine degli aracnidi possono essere trovati ovunque. Questi sono predatori che cacciano gli insetti. Catturano la preda utilizzando una rete. Si tratta di una fibra flessibile e resistente alla quale si attaccano mosche, api e zanzare. Come un ragno tesse una tela è una domanda che viene spesso posta quando si guarda una straordinaria rete da cattura.

Cos'è una rete?

I ragni sono tra gli abitanti più antichi del pianeta, per le loro piccole dimensioni e il loro aspetto specifico vengono erroneamente considerati insetti. In realtà, questi sono rappresentanti dell'ordine degli artropodi. Il corpo del ragno ha otto zampe e due sezioni:

cefalotorace;
addome.

A differenza degli insetti, non hanno antenne e un collo che separa la testa dal petto. L'addome di un aracnide è una specie di fabbrica per la produzione di ragnatele. Contiene ghiandole che producono una secrezione costituita da proteine arricchite con alanina, che dona forza, e glicina, responsabile dell'elasticità. Secondo la formula chimica, le ragnatele sono vicine alla seta degli insetti. All'interno delle ghiandole la secrezione è allo stato liquido, ma se esposta all'aria si indurisce.

Informazione. La seta dei bruchi del baco da seta e delle ragnatele ha una composizione simile: il 50% è costituito da proteine fibroina. Gli scienziati hanno scoperto che il filo del ragno è molto più forte della secrezione del bruco. Ciò è dovuto alla peculiarità della formazione delle fibre

Da dove viene la tela di un ragno?

Sull'addome dell'artropode ci sono escrescenze: verruche aracnoidi. Nella loro parte superiore si aprono i canali delle ghiandole aracnoidi formando fili. Esistono 6 tipi di ghiandole che producono la seta per scopi diversi (spostamento, abbassamento, impigliamento della preda, conservazione delle uova). In una specie, tutti questi organi non sono presenti contemporaneamente; di solito un individuo ha da 1 a 4 paia di ghiandole.

Sulla superficie delle verruche ci sono fino a 500 tubi rotanti che forniscono la secrezione proteica. Il ragno tesse la sua tela come segue:

le verruche del ragno vengono premute contro la base (albero, erba, muro, ecc.);
una piccola quantità di proteine aderisce alla posizione selezionata;
il ragno si allontana tirando il filo con le zampe posteriori;
per il lavoro principale vengono utilizzate zampe anteriori lunghe e flessibili; con il loro aiuto viene creata una cornice da fili secchi;
La fase finale della creazione della rete è la formazione di spirali appiccicose.

Grazie alle osservazioni degli scienziati, si è saputo da dove proviene la tela del ragno. È prodotto da verruche mobili accoppiate sull'addome.

Fatto interessante. La tela è molto leggera; il peso di un filo che avvolge la Terra lungo l'equatore sarebbe di soli 450 g.

Il ragno tira il filo dall'addome

Come costruire una rete da pesca

Il vento è il miglior assistente del ragno nella costruzione. Dopo aver estratto un filo sottile dalle verruche, l'aracnide lo espone a un flusso d'aria, che trasporta la seta congelata per una distanza considerevole. Questo è il modo segreto in cui un ragno tesse una tela tra gli alberi. La rete si aggrappa facilmente ai rami degli alberi, usandola come una corda, l'aracnide si sposta da un posto all'altro.

Un certo modello può essere rintracciato nella struttura del web. La sua base è una cornice di fili forti e spessi disposti sotto forma di raggi divergenti da un punto. Partendo dalla parte esterna, il ragno crea dei cerchi, spostandosi gradualmente verso il centro. È sorprendente che senza alcuna attrezzatura mantenga la stessa distanza tra ogni cerchio. Questa parte delle fibre è appiccicosa ed è dove gli insetti rimarranno intrappolati.

Fatto interessante. Il ragno mangia la propria tela. Gli scienziati offrono due spiegazioni per questo fatto: in questo modo viene reintegrata la perdita di proteine durante la riparazione della rete da pesca, oppure il ragno beve semplicemente acqua appesa ai fili di seta.

La complessità del modello web dipende dal tipo di aracnide. Gli artropodi inferiori costruiscono reti semplici, mentre quelli superiori costruiscono motivi geometrici complessi. Si stima che costruisca una trappola di 39 raggi e 39 spirali. Oltre alle filettature radiali lisce, alle spirali ausiliarie e di raccolta, sono disponibili filettature di segnale. Questi elementi catturano e trasmettono al predatore le vibrazioni della preda catturata. Se si imbatte in un oggetto estraneo (un ramo, una foglia), il piccolo proprietario lo separa e lo butta via, poi ripristina la rete.

I grandi aracnidi arboricoli tirano trappole con un diametro fino a 1 m. Non solo gli insetti, ma anche piccoli uccelli vi cadono.

Quanto tempo impiega un ragno per tessere una tela?

Un predatore impiega da mezz'ora a 2-3 ore per creare una trappola traforata per gli insetti. Il suo tempo di funzionamento dipende dalle condizioni meteorologiche e dalla dimensione pianificata della rete. Alcune specie tessono fili di seta ogni giorno, al mattino o alla sera, a seconda del loro stile di vita. Uno dei fattori che determinano il tempo impiegato da un ragno per tessere una tela è il suo tipo: piatto o voluminoso. Quella piatta è la versione familiare dei fili e delle spirali radiali, mentre quella volumetrica è una trappola composta da un grumo di fibre.

Scopo della rete

Le reti sottili non sono solo trappole per insetti. Il ruolo della rete nella vita degli aracnidi è molto più ampio.

Catturare la preda

Tutti i ragni sono predatori e uccidono le loro prede con il veleno. Inoltre, alcuni individui hanno una costituzione fragile e possono diventare essi stessi vittime di insetti, ad esempio le vespe. Per cacciare hanno bisogno di un riparo e di una trappola. Le fibre appiccicose svolgono questa funzione. Impigliano la preda catturata nella rete in un bozzolo di fili e la lasciano finché l'enzima iniettato non la porta allo stato liquido.

Le fibre di seta degli aracnidi sono più sottili dei capelli umani, ma la loro resistenza alla trazione specifica è paragonabile al filo d'acciaio.

Riproduzione

Durante il periodo dell'accoppiamento, i maschi attaccano i propri fili alla rete della femmina. Colpendo ritmicamente le fibre di seta, comunicano le loro intenzioni a un potenziale partner. La femmina che riceve il corteggiamento scende nel territorio del maschio per accoppiarsi. In alcune specie è la femmina ad avviare la ricerca del partner. Secerne un filo con feromoni, grazie al quale il ragno la trova.

Casa per i posteri

I bozzoli per le uova sono tessuti con le secrezioni dei ragni di seta. Il loro numero, a seconda del tipo di artropodo, è di 2-1000 pezzi. Le femmine appendono le sacche con le uova in un luogo sicuro. Il guscio del bozzolo è piuttosto resistente; è costituito da diversi strati ed è impregnato di secrezione liquida.

Nella loro tana, gli aracnidi tessono ragnatele attorno alle pareti. Questo aiuta a creare un microclima favorevole e funge da protezione dalle intemperie e dai nemici naturali.

In movimento

Una delle risposte al motivo per cui un ragno tesse una tela è che utilizza i fili come veicolo. Per muoversi tra alberi e cespugli, capire rapidamente e cadere, ha bisogno di fibre forti. Per volare su lunghe distanze, i ragni si arrampicano ad altezze elevate, rilasciano una rete che si indurisce rapidamente e poi con una folata di vento volano via per diversi chilometri. Molto spesso, i viaggi vengono effettuati nelle giornate calde e limpide dell'estate indiana.

Perché il ragno non si attacca alla sua tela?

Per evitare di cadere nella sua stessa trappola, il ragno crea diversi fili asciutti per il movimento. Conosco perfettamente la complessità delle reti e lui si avvicina in modo sicuro alla preda bloccata. Di solito, al centro della rete da pesca rimane un'area sicura, dove il predatore attende la preda.

L'interesse degli scienziati per l'interazione degli aracnidi con le loro trappole da caccia è iniziato più di 100 anni fa. Inizialmente, è stato suggerito che sulle loro zampe ci fosse un lubrificante speciale che impedisse l'attaccamento. Non è mai stata trovata alcuna conferma della teoria. Filmare con una telecamera speciale il movimento delle zampe del ragno lungo le fibre della secrezione congelata ha fornito una spiegazione al meccanismo di contatto.

Un ragno non si attacca alla sua tela per tre motivi:

molti peli elastici sulle zampe riducono l'area di contatto con la spirale appiccicosa;
le punte delle zampe del ragno sono ricoperte da un liquido oleoso;
il movimento avviene in un modo speciale.

Qual è il segreto della struttura delle zampe che aiuta gli aracnidi a evitare di attaccarsi? Su ciascuna gamba del ragno ci sono due artigli di supporto con cui si aggrappa alla superficie e un artiglio flessibile. Mentre si muove, preme i fili contro i peli flessibili del piede. Quando il ragno alza la zampa, l'artiglio si raddrizza e i peli spingono via la rete.

Un'altra spiegazione è la mancanza di contatto diretto tra la zampa dell'aracnide e le goccioline appiccicose. Cadono sui peli del piede e poi rifluiscono facilmente sul filo. Qualunque siano le teorie prese in considerazione dagli zoologi, resta invariato il fatto che i ragni non diventano prigionieri delle loro stesse trappole appiccicose.

Anche altri aracnidi, come gli acari e gli pseudoscorpioni, possono tessere tele. Ma le loro reti non possono essere paragonate in forza e abile tessitura con le opere di veri maestri: i ragni. La scienza moderna non è ancora in grado di riprodurre il web utilizzando un metodo sintetico. La tecnologia per produrre la seta di ragno rimane uno dei misteri della natura.

Gli aracnidi si distinguono da tutti gli insetti per la loro capacità di tessere sorprendenti schemi di ragnatela.
È impossibile immaginare come un ragno tesse una rete. La piccola creatura crea reti grandi e forti. Questa straordinaria capacità si è formata 130 milioni di anni fa.

Non è un caso che tutte le opportunità negli animali compaiano e si consolidino attraverso la selezione naturale. Ogni azione ha uno scopo rigorosamente definito.

Il ragno tesse una tela per raggiungere obiettivi vitali:

catturare la preda;
riproduzione;
rafforzare i loro visoni;
assicurazione contro le cadute;
inganno dei predatori;
facilitare il movimento sulle superfici.

L'ordine dei ragni è composto da 42mila specie, ognuna delle quali ha le proprie preferenze nell'uso della costruzione della rete. Tutti i rappresentanti utilizzano la rete per trattenere la vittima. Gli aranemorfi maschi lasciano il liquido seminale in rete. Quindi il ragno cammina sulla rete, raccogliendo le secrezioni sugli organi di copulazione.

Dopo la fecondazione, i piccoli si formano in un bozzolo protettivo aracnoideo. Alcune femmine lasciano ferromoni sulla rete, sostanze che attraggono i partner. I tessitori di sfere avvolgono fili attorno a foglie e ramoscelli. Il risultato sono dei manichini per distrarre i predatori. I pesciolini d'argento che vivono nell'acqua costruiscono case con cavità d'aria.

La dimensione della rete dipende dal tipo di ragno. Alcuni aracnidi tropicali creano “capolavori” del diametro di 2 m, capaci di contenere anche un uccello. Le ragnatele convenzionali sono di dimensioni più piccole.
È interessante sapere per quanto tempo un ragno tesse una tela. Gli zoologi sono riusciti a scoprire che il cross handler affronta il lavoro in poche ore. I rappresentanti dei paesi caldi impiegano diversi giorni per creare modelli su vasta area. Il ruolo principale nel processo è svolto da organismi speciali.

La struttura delle ghiandole aracnoidi

Sull'addome dell'insetto ci sono escrescenze: verruche aracnoidi con fori a forma di tubi.
Il fluido viscoso fuoriesce attraverso questi condotti dalla ghiandola aracnoidea. Quando esposto all'aria, il gel si trasforma in fibre sottili.

Composizione chimica del web

La capacità unica della soluzione rilasciata di indurire è spiegata dai suoi componenti strutturali.

Il liquido contiene un'alta concentrazione di proteine contenenti i seguenti aminoacidi:

glicina;
alanina;
serina

La struttura quaternaria della proteina, quando viene espulsa dal condotto, si modifica in modo tale da formare dei filamenti. Dalle formazioni filiformi si ottengono successivamente fibre, la cui resistenza
4 – 10 volte più resistenti dei capelli umani.,
1,5 – 6 volte più resistente delle leghe di acciaio.

Ora diventa chiaro come un ragno tesse una rete tra gli alberi. Le fibre sottili e resistenti non si rompono, si comprimono, si allungano facilmente, ruotano senza torcersi e collegano i rami in un'unica rete.

Lo scopo della vita di un ragno è ottenere cibo proteico. La risposta alla domanda “Perché i ragni tessono le ragnatele” è ovvia. Principalmente per la caccia agli insetti. Costituiscono una rete di cattura dal design complesso. L'aspetto delle strutture modellate è diverso.

Molto spesso vediamo reti poligonali. A volte sono quasi rotondi. La tessitura dei ragni richiede abilità e pazienza incredibili. Seduti sul ramo più alto, formano un filo sospeso nell'aria. Se sei fortunato, il filo si impiglierà rapidamente su un ramo in un luogo adatto e il ragno si sposterà in un nuovo punto per ulteriori lavori. Se il filo non si impiglia in alcun modo, il ragno lo tira verso di sé, lo mangia in modo che il prodotto non scompaia e ricomincia il processo. Formando gradualmente una cornice, l'insetto inizia a creare basi radiali. Quando saranno pronti non resta che realizzare dei fili di collegamento tra i raggi;
I rappresentanti del funnel hanno un approccio diverso. Fanno un imbuto e si nascondono sul fondo. Quando la vittima si avvicina, il ragno salta fuori e la trascina nell'imbuto;
Alcuni individui formano una rete di fili a zigzag. La probabilità che la vittima non esca da tale schema è molto maggiore;
Il ragno chiamato “bola” non si disturba; tesse un solo filo, che ha all'estremità una goccia di colla. Il cacciatore lancia un filo contro la vittima, incollandolo saldamente;
Gli orchi-ragno si rivelarono ancora più astuti. Fanno una piccola rete tra le zampe, poi la lanciano sull'oggetto desiderato.

I progetti dipendono dalle condizioni di vita degli insetti e delle loro specie.

Conclusione

Dopo aver scoperto come un ragno tesse una rete, quali sono le sue caratteristiche, non resta che ammirare questa creazione della natura e provare a creare qualcosa di simile. Le artigiane copiano modelli nei delicati motivi degli scialli lavorati a maglia. Antenne e reti per la cattura di pesci e animali sono realizzate utilizzando schemi simili. Gli esseri umani non sono ancora stati in grado di simulare completamente il processo.

Video: il ragno tesse una ragnatela

Sono considerati i materiali più durevoli al mondo ragnatela. La sua elasticità e resistenza sono tali che se fosse possibile realizzare una rete (pur mantenendo tutte le sue proprietà) spessa almeno quanto una matita, sarebbe possibile appendere facilmente un moderno carro armato su di essa.

Inoltre, il processo di lavoro del ragno è classificato nella categoria più alta: le moderne aziende industriali sono ben lontane da questo.

Inoltre il ragno non realizza “solo” una tela, ma proprio quella di cui ha bisogno in quel particolare momento. Cambiare il luogo è una cosa, procurarsi il cibo è un'altra, "costruirsi" una casa è la terza. Una rete da pesca è generalmente costituita da più tipi di rete, che differiscono tra loro per le loro caratteristiche. Tuttavia, per cambiare "modello", il ragno non cambia corsia e non ferma il suo trasportatore: "sa" sempre di quale filo ha bisogno.

Per realizzare la famosa tela classica a forma di ruota, il ragno tira prima qualcosa come una "fondazione" - fili non molto appiccicosi e pesanti di grande diametro, quindi mette su di essi "raggi" più sottili e solo allora impiglia lo spazio rimanente in il centro con spirali quasi invisibili, pericolosissime e adesive, che fungono da trappola per vari insetti.

Il ragno pescatore non tesse affatto tele. Crea un filo sottile con una palla appiccicosa all'estremità, dopo di che agita militantemente quest'arma in diverse direzioni. Allo stesso tempo emette un aroma simile a quello emesso dalle femmine di falena in cerca di partner. Le falene credulone si affollano all'odore, ma di conseguenza vengono colpite sulla fronte con una palla appiccicosa e diventano la cena per il ragno.

Per le sue passeggiate, il ragno crea una rete morbida, spessa e soffice: chi vuole cadere nella propria trappola? E se l'artigiano vuole cambiare luogo di residenza, rilascia una speciale rete di paracadute: catturata dal vento, può trasportare il suo proprietario per una lunga distanza.

E alcune informazioni più interessanti sui ragni. Diversi anni fa, gli scienziati del Madagascar hanno scoperto una nuova specie di ragno in grado di tessere una rete lunga fino a 25 metri e di forza e spessore adeguati (finora si tratta di un record mondiale). Il ragno allunga le sue enormi reti non tra i normali cespugli, ma attraverso laghi e fiumi, per catturare gli insetti che volteggiano sopra l'acqua.

E l'anno scorso, gli scienziati sono stati in grado di determinare l'aspetto di una ragnatela in sezione trasversale. Si è scoperto che la rete era un filo proteico che sembrava una pila di frittelle. Il diametro di ciascun "pancake" è di 3 nanometri ed è collegato al suo vicino tramite legami idrogeno.

I ragni appartengono agli abitanti più antichi della Terra: tracce dei primi aracnidi sono state trovate in rocce che hanno 340–450 milioni di anni. I ragni sono circa 200-300 milioni di anni più vecchi dei dinosauri e più di 400 milioni di anni più vecchi dei primi mammiferi. La natura ha avuto abbastanza tempo non solo per aumentare il numero di specie di ragni (se ne conoscono circa 60mila), ma anche per dotare molti di questi predatori a otto zampe di uno straordinario mezzo di caccia: una rete. Il modello della rete può essere diverso non solo tra le diverse specie, ma anche tra lo stesso ragno in presenza di determinate sostanze chimiche, come esplosivi o narcotici. I ragni sarebbero stati addirittura lanciati nello spazio per studiare l'effetto della microgravità sulla struttura della rete. Tuttavia, la sostanza che costituisce la rete nascondeva la maggior parte dei misteri.

La rete, come i nostri capelli, la pelliccia degli animali e i fili del baco da seta, è costituita principalmente da proteine. Ma le catene polipeptidiche in ciascun filo del ragno sono intrecciate in un modo così insolito che hanno acquisito una forza quasi record. Un singolo filo prodotto da un ragno è resistente quanto un filo d'acciaio di uguale diametro. Una corda intrecciata da una rete, dello spessore di una matita, potrebbe tenere in posizione un bulldozer, un carro armato e persino un potente airbus come un Boeing 747. Ma la densità dell'acciaio è sei volte maggiore di quella delle ragnatele.

È noto quanto sia alta la resistenza dei fili di seta. Un classico esempio è l'osservazione fatta da un medico dell'Arizona nel 1881. Di fronte a questo medico ebbe luogo una sparatoria in cui uno dei tiratori fu ucciso. Due proiettili hanno raggiunto il petto e lo hanno attraversato completamente. Allo stesso tempo, dal retro di ciascuna ferita sporgevano pezzi di un fazzoletto di seta. I proiettili attraversavano vestiti, muscoli e ossa, ma non riuscivano a strappare la seta che si trovava sulla loro strada.

Perché nella tecnologia vengono utilizzate strutture in acciaio e non strutture più leggere ed elastiche, realizzate con materiali simili alle ragnatele? Perché i paracadute in seta non vengono sostituiti con lo stesso materiale? La risposta è semplice: prova a produrre il tipo di materiale che i ragni producono facilmente ogni giorno: non funzionerà!

Scienziati di tutto il mondo hanno studiato a lungo la composizione chimica della rete dei tessitori a otto zampe e oggi il quadro della sua struttura è stato rivelato più o meno completamente. Il filamento della rete ha un nucleo interno di una proteina chiamata fibroina e attorno a questo nucleo ci sono strati concentrici di nanofibre glicoproteiche. La fibroina costituisce circa 2/3 della massa della rete (così come, tra l'altro, la fibra di seta naturale). È un liquido viscoso e sciropposo che polimerizza e indurisce all'aria.

Le fibre di glicoproteina, il cui diametro può essere solo di pochi nanometri, possono essere posizionate parallelamente all'asse del filo di fibroina o formare spirali attorno al filo. Le glicoproteine - proteine complesse che contengono carboidrati e hanno un peso molecolare compreso tra 15.000 e 1.000.000 di amu - sono presenti non solo nei ragni, ma anche in tutti i tessuti di animali, piante e microrganismi (alcune proteine nel plasma sanguigno, nei tessuti muscolari, nelle membrane cellulari, ecc.) .).

Durante la formazione di una rete, le fibre glicoproteiche sono collegate tra loro a causa di legami idrogeno, nonché di legami tra gruppi CO e NH, e una percentuale significativa di legami si forma nelle ghiandole aracnoidi degli aracnidi. Le molecole di glicoproteina possono formare cristalli liquidi con frammenti a forma di bastoncino che si impilano parallelamente tra loro, conferendo alla struttura la forza di un solido pur mantenendo la capacità di fluire come un liquido.

I componenti principali della rete sono gli amminoacidi più semplici: glicina H 2 NCH 2 COOH e alanina CH 3 CHNH 2 COOH. La rete contiene anche sostanze inorganiche: idrogeno fosfato di potassio e nitrato di potassio. Le loro funzioni si riducono alla protezione della rete da funghi e batteri e, probabilmente, alla creazione delle condizioni per la formazione del filo stesso nelle ghiandole.

Una caratteristica distintiva del web è la sua compatibilità ambientale. È costituito da sostanze che vengono facilmente assorbite dall'ambiente naturale e non danneggiano questo ambiente. A questo proposito, il web non ha analoghi creati dalle mani dell'uomo.

Un ragno può produrre fino a sette fili di diversa struttura e proprietà: alcuni per catturare le "reti", altri per il proprio movimento, altri per la segnalazione, ecc. Quasi tutti questi fili potrebbero trovare ampia applicazione nell'industria e nella vita di tutti i giorni, se fosse sarebbe possibile stabilire una loro produzione diffusa. Tuttavia, difficilmente è possibile "domare" i ragni, come i bachi da seta, o organizzare allevamenti di ragni unici: è improbabile che le abitudini aggressive dei ragni e le caratteristiche individuali del loro carattere lo consentano. E per produrre solo 1 metro di tela è necessario il “lavoro” di oltre 400 ragni.

È possibile riprodurre i processi chimici che avvengono nel corpo dei ragni e copiare materiale naturale? Scienziati e ingegneri hanno sviluppato da tempo la tecnologia del Kevlar - fibra aramidica:

prodotto su scala industriale e si avvicina alle proprietà delle ragnatele. Le fibre di Kevlar sono cinque volte più deboli delle ragnatele, ma sono comunque così resistenti da essere utilizzate per realizzare giubbotti antiproiettile leggeri, elmetti di protezione, guanti, corde, ecc. Ma il Kevlar è prodotto in soluzioni calde di acido solforico, mentre i ragni richiedono una temperatura regolare. I chimici non sanno ancora come affrontare tali condizioni.

Tuttavia, i biochimici si sono avvicinati alla soluzione del problema della scienza dei materiali. Innanzitutto, sono stati identificati e decifrati i geni del ragno, che programmavano la formazione di fili dell'una o dell'altra struttura. Oggi questo vale per 14 specie di ragni. Quindi specialisti americani di diversi centri di ricerca (ciascun gruppo indipendentemente) hanno introdotto questi geni nei batteri, cercando di ottenere le proteine necessarie in soluzione.

Gli scienziati della società canadese di biotecnologia Nexia hanno introdotto tali geni nei topi, poi sono passati alle capre e le capre hanno iniziato a produrre latte con la stessa proteina che forma il filo della rete. Nell'estate del 1999, due maschi pigmei africani, Peter e Webster, furono geneticamente programmati per produrre capre il cui latte conteneva questa proteina. Questa razza è buona perché la prole diventa adulta all'età di tre mesi. L'azienda non dice ancora come realizzare fili dal latte, ma ha già registrato il nome del nuovo materiale creato da lei: "BioSteel". Un articolo sulle proprietà del “bioacciaio” è stato pubblicato sulla rivista “Science” (“Science”, 2002, vol. 295, p. 427).

Gli specialisti tedeschi di Gatersleben hanno preso una strada diversa: hanno introdotto geni simili a ragni nelle piante: patate e tabacco. Sono riusciti a ottenere fino al 2% di proteine solubili nei tuberi di patata e nelle foglie di tabacco, costituite principalmente da spidroina (la principale fibroina dei ragni). Si prevede che quando le quantità di spidroina prodotte diventeranno significative, verrà utilizzata innanzitutto per realizzare bende mediche.

Il latte ottenuto da capre geneticamente modificate difficilmente può essere distinto dal gusto del latte naturale. Le patate geneticamente modificate sono simili a quelle normali: in linea di principio possono anche essere bollite e fritte.