Доклад на тему «Почему паук не прилипает к своей паутине»

Введение

Если в лесу пройти сквозь паутину, натянутую между кустами, потом долго снимаешь с лица и волос невидимые клейкие нитки. Муха, попавшая в такую сеть, дёргается, запутывается сильнее и через минуту уже не может пошевелиться. А хозяин сети в это время бодро бежит к ней прямо по нитям, кусает, заворачивает в шёлк и возвращается в центр. Почему же он сам не прилипает? Вопрос кажется детским, но учёные всерьёз занимаются им до сих пор.

В старых популярных книгах часто писали, что паук смазывает лапки каким-то маслом. Когда пауков стали изучать под электронным микроскопом и снимать скоростной камерой, оказалось, что масла как такового нет, а секретов несколько. Часть из них связана с устройством самой сети, часть с тем, как паук по ней ходит, а часть со строением его ног.

Цель доклада — объяснить, почему паук не прилипает к своей паутине. Для этого придётся разобраться в четырёх вещах: из чего сделана сеть, какие нити в ней клейкие, как устроены лапки паука и как он по сети ходит. Начнём с самой паутины.

1. Из чего сделана паутина

Паутина — это белок, который образуется в паутинных железах паука. Внутри железы он находится в жидком виде, а когда паук вытягивает его через тонкие трубочки на конце брюшка, которые называются паутинными бородавками, жидкость превращается в прочную нить. Важно, что паук может управлять этим процессом: менять толщину нити, её состав и даже скорость вытягивания. Нить при этом невероятно тонкая: у многих пауков её толщина составляет всего несколько микрометров, то есть она в десятки раз тоньше человеческого волоса.

У пауков-кругопрядов, которые плетут знакомые всем круглые сети, есть до семи типов паутинных желёз, и каждая вырабатывает шёлк со своими свойствами. Из одного шёлка паук делает прочную страховочную нить, из другого — эластичную основу ловчей спирали, из третьего — клейкие капельки, из четвёртого — кокон для яиц. Основные типы желёз и их назначение приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Паутинные железы паука-кругопряда и их назначение

Из таблицы видно, что липкое вещество вырабатывает только одна группа желёз, и оно наносится только на одну часть сети. Это и есть первый ключ к разгадке.

2. Липкие и нелипкие нити

Ловчая сеть кругопряда устроена как колесо. Сначала паук натягивает рамку, затем от центра к рамке протягивает радиальные нити, похожие на спицы, и закрепляет их временной спиралью. Только после этого он плетёт главную, ловчую спираль, двигаясь от края к центру и нанося на неё капельки клея, а временную спираль при этом съедает. Рамка, радиусы и центр сети остаются сухими и почти не липнут.

Паук хорошо знает устройство своей сети и передвигается по ней в основном по радиальным нитям. Когда добыча попадает в сеть, нити начинают дрожать, паук чувствует колебания лапками, определяет, по какому радиусу идти, и бежит к добыче по сухим «спицам». Липкой спирали он касается только кончиками лапок и только тогда, когда без этого не обойтись. Поэтому в обычной ситуации паук просто не имеет дела с клеем.

Ловчая нить при этом не только липкая, но и очень эластичная. Её можно растянуть в несколько раз, и она не порвётся, а гасит удар летящего насекомого, как батут. Радиальные нити, наоборот, очень прочные. Учёные давно сравнивают паутину с материалами, созданными человеком, и на рисунке 1 видно, что страховочная нить паука по прочности на разрыв не уступает высокопрочной стали.

Правда, сталь всё же немного прочнее, а кевлар, из которого делают бронежилеты, превосходит паутину в несколько раз. Но паутина гораздо легче стали, а по способности растягиваться и поглощать энергию удара ей почти нет равных. Именно поэтому учёные разных стран пытаются получить искусственную паутину для медицины и техники.

3. Как устроены лапки паука

Но бывает, что наступить на клейкую нить всё-таки приходится. Тут выручает строение ног. В 2012 году биологи Р. Брисеньо и У. Эберхард из Университета Коста-Рики подробно изучили паука нефилу, крупного тропического кругопряда, сеть которого бывает больше метра в поперечнике. Под электронным микроскопом они увидели, что лапки нефилы покрыты густыми щетинками, и многие из них ветвятся на конце, как крошечные кустики.

Из-за этого лапка касается клейкой капли не всей поверхностью, а лишь несколькими кончиками щетинок, и клею буквально не за что ухватиться. Вторая находка оказалась неожиданной: лапки покрыты каким-то веществом, которое мешает клею приставать. Когда исследователи протирали ноги паука растворителем и смывали этот слой, они прилипали к ловчей нити заметно сильнее. Что это за вещество, пока точно не выяснено.

На кончике каждой лапки у кругопрядов есть три коготка. Два из них расположены по бокам и помогают держаться на поверхности, а средний коготок зацепляет нить и прижимает её к зубчатым щетинкам, словно пальцем к ладони. Когда паук поднимает лапку, коготок отпускает нить, и она соскальзывает. Это движение происходит очень быстро и почти без усилий, поэтому со стороны кажется, будто паук просто бежит по сети.

4. Как паук двигается по сети

Если посмотреть замедленную съёмку, видно, что паук ходит по сети совсем не так, как муха, которая в неё попала. Муха бьётся всем телом, а паук аккуратно ставит лапки на радиусы и к ловчей спирали прикасается редко. Когда же добыча запуталась на краю сети и пройти можно только по клейким нитям, паук идёт медленнее и берётся за нити самыми кончиками лапок.

Осторожнее всего он бывает во время постройки ловчей спирали. Задними лапками паук вытягивает свежую клейкую нить и прикрепляет её к радиусу, а сам держится за сухие нити и не задевает уже готовые витки. Со стороны кажется, будто он заранее знает, куда можно ставить ногу, а куда нельзя, и в каком-то смысле так и есть: схема постройки сети у каждого вида паука врождённая, её не нужно ни у кого перенимать.

Есть и простая гигиена. После охоты или постройки сети паук по очереди протягивает каждую лапку через хелицеры, очищая её от клея, пыли и обрывков нитей. Грязные щетинки слиплись бы, и вся тонкая система защиты перестала бы работать.

5. Может ли паук всё-таки прилипнуть

Может, и такое случается. Если паука в опыте положить на ловчую нить так, что он не может двигаться как обычно, он прилипает, хоть и слабее мухи. Без защитного слоя на лапках прилипает ещё сильнее. Получается, что ни одно из приспособлений не спасает паука само по себе. Он не прилипает к паутине, потому что всё работает вместе: сухие радиусы, осторожная походка, ветвистые щетинки, коготки, защитное покрытие и привычка чистить лапки.

А в чужой сети паук чувствует себя куда менее уверенно. Есть пауки-охотники на пауков, например мимециды: они забираются в чужую сеть, подёргивают нити, изображая бьющееся насекомое, и нападают на хозяина, когда он прибегает. Двигаются они по такой сети медленно и с опаской, ведь она не их, и устроена она по-другому.

Заключение

Объяснение про масло на лапках оказалось и неточным, и слишком простым. На самом деле паук строит сеть, в которой липкой бывает только ловчая спираль, а рамка и радиусы остаются сухими, и ходит в основном по сухим нитям. Его лапки покрыты ветвистыми щетинками и слоем вещества, мешающего прилипанию, а средний коготок быстро захватывает и отпускает нить. Все эти приспособления вместе и позволяют пауку хозяйничать в сети, которая для мухи становится ловушкой.

Пауками занимаются не только зоологи. Инженеры пытаются получить искусственный паучий шёлк для хирургических нитей и лёгких прочных тканей, а то, как паук спасается от собственного клея, может подсказать, как делать поверхности, к которым не пристаёт ни клей, ни грязь. Первые нити из паучьего белка, полученного генно-инженерными бактериями, уже сделаны в лабораториях, но по свойствам они пока, как правило, уступают настоящей паутине.