Паучий шелк давно известен как самый невероятно прочный натуральный материал. Есть даже виды пауков, которые производят шелк, который в пять раз прочнее стали, например, паук коричневый реклюза. Но следует также задаться вопросом, почему паучий шелк выглядит таким хрупким, но имеет такую невероятную прочность. Это также вопрос, который озадачивает ученых , и они только недавно нашли ответ.
Паутина очень прочная, даже прочнее стальной проволоки.
Паучий шелк имеет уникальную структуру
Паучий шелк — это белковое волокно, которое производят и прядут пауки. Они используют его для создания сетей, чтобы ловить добычу или защищать свои яйца и детенышей пауков. Прочная структура этих шелковых волокон позволяет паукам ловить добычу, во много раз превышающую их размер.
Недавно исследователи из Школы прикладных наук Колледжа Уильяма и Мэри использовали атомно-силовую микроскопию для изучения микроскопической структуры шелковых волокон, которые коричневые пауки-отшельники создают для защиты своих яиц и ловли добычи. Они обнаружили, что каждая нить паучьего шелка, тоньше человеческого волоса, на самом деле состоит из тысяч различных нановолокон диаметром всего 20 нм и длиной около 1 мкм.
Эти нановолокна могут показаться не длинными, но они могут растягиваться более чем в 50 раз по сравнению с их первоначальным размером. Такая структура делает паучий шелк очень прочным и крепким, с прочностью и долговечностью в 5 раз большей, чем у стального стержня того же размера.
Паучья нить может растягиваться до 50 раз от своего первоначального размера.
Ранее ученые всего мира утверждали, что паучий шелк состоит из нановолокон, однако убедительных доказательств этому не было, пока это открытие не было опубликовано в научном журнале ACS Macro Letters (США).
Это потому, что шелк коричневого паука-отшельника состоит из нановолокон, расположенных в плоских листах, а не в цилиндрах, как у большинства других пауков. Это облегчает ученым наблюдение за ними с помощью атомно-силовой микроскопии.
Это открытие дополняет исследование, проведенное командой в 2017 году, демонстрирующее, как коричневые пауки-отшельники укрепляют свой шелк, используя особую технику плетения. Подобно крошечной швейной машинке, коричневые пауки-отшельники ткут около 20 нановолокон на каждый миллиметр шелка, который они прядут, укрепляя шелк, чтобы он не рвался.
Нить паучьего шелка «приносится в жертву» ради сохранения общей структуры.
Специалисты по молекулярной механике исследовали паутину разных видов пауков, включая европейского садового паука Araneus diadematus и паука-ткача Nephila clavipes. Изучая шелк на молекулярном уровне, они обнаружили, что могут объяснить прочность паутины.
Доктор Бюлер объясняет, что отдельные шелковые волокна могут быть «пожертвованы» для сохранения общей структуры. «Когда шелковое волокно тянут, его молекулярная структура растягивается по мере увеличения силы, растягивая волокно», — говорит он.
Паучья нить рвется только тогда, когда ей необходимо сохранить свою общую структуру.
Это изменение происходит в четыре этапа: на первом этапе весь филамент растягивается; затем следует этап релаксации, на котором белки «разворачиваются». На третьем этапе филамент проходит жесткую фазу, которая поглощает наибольшее количество силы. Последний этап перед разрывом филамента Бюлер сравнивает с отрыванием куска клейкой ленты; для разрыва филамента также требуется большое усилие, поскольку белки удерживаются вместе липкими водородными связями.
«Прочность паутины обусловлена не только прочностью шелковой нити, но и тем, как изменяются ее механические свойства при натяжении», — сказал доктор Бюлер.
Тует Ань (Источник: Синтез)
Полезный
Эмоция
Творческий
Уникальный
Гнев
Источник
Комментарий (0)