Webes rejtvények

Talán a pókok nem a legvonzóbb lények, de alkotásuk - a háló - nem tehet mást, mint csodálatot. Ne feledje, hogy a napfényben csillogó legfinomabb szálak geometriai pontossága egy bokor ágai között vagy magas fű között nyűgözi le a szemet.

A pókok bolygónk egyik legrégebbi lakója, több mint 200 millió évvel ezelőtt éltek a szárazföldön. A természetben körülbelül 35 ezer pókfaj található. Ezek a nyolclábú, mindenütt jelenlévő lények mindig és mindenhol felismerhetők, a szín- és méretbeli különbségek ellenére. De a legfontosabb megkülönböztető jellemzőjük a pók selyem előállításának képessége, amely egy felülmúlhatatlan erősségű természetes rost.

A pókok különféle célokra használják hálóikat. Tojásgubót készítenek belőle, menedéket építenek a teleléshez, „biztonsági kötélként” használják ugráláskor, bonyolult csapóhálókat szőnek és becsomagolják a kifogott zsákmányt. A párzásra kész nőstény feromonokkal jelölt szövedékfonalat hoz létre, aminek köszönhetően a hím a cérna mentén haladva könnyen partnerre talál. Egyes fajok fiatal pókjai a szél által felkapott hosszú szálakon elrepülnek a szülőfészek elől.

A pókok főként rovarokkal táplálkoznak. A csapdázóeszközök, amelyeket élelmiszerszerzésre használnak, különféle formájú és típusúak. Egyes pókok egyszerűen kinyújtanak néhány jelzőszálat a menhelyük közelében, és amint a rovar megérinti a fonalat, lesből nekirohannak. Mások - dobjon egy szálat egy ragacsos csepp végén előre, mint egy lasszó. De a pókok tervezési tevékenységének csúcsa továbbra is a vízszintesen vagy függőlegesen elhelyezett kerek kerék alakú hálók.

A kerék alakú csapóháló építéséhez a keresztes pók, erdeink és kertjeink gyakori lakója, meglehetősen hosszú, erős szálat bocsát ki. A szellő vagy a légáramlat felemeli a fonalat, és ha jól megválasztják a szövedék építésének helyét, a legközelebbi ágba vagy más támasztékba tapad. A pók átkúszik rajta, hogy rögzítse a végét, és néha egy másik szálat is lefektet az erő érdekében. Ezután elenged egy szabadon lógó szálat, és a közepére rögzíti a harmadikat, így Y alakú szerkezetet kap - az első három sugár a több mint ötvenből. Amikor a sugárirányú szálak és a keret készen állnak, a pók visszatér a középpontba, és megkezdi egy ideiglenes segédspirált - valami „állványzat” - lerakását. A segédspirál rögzíti a szerkezetet, és útvonalként szolgál a pók számára csapdaspirál építésekor. A háló teljes fő kerete a rádiuszokkal együtt nem tapadó szálból készül, de a befogóspirálhoz ragasztóval bevont kettős szálat használnak.

Meglepő módon ennek a két spirálnak különböző geometriai alakja van. Az időspirálnak viszonylag kevés fordulata van, és a köztük lévő távolság minden fordulattal nő. Ez azért van így, mert lerakása közben a pók a sugarakkal azonos szögben mozog. Az így kapott szaggatott vonal alakja közel áll az úgynevezett logaritmikus spirálhoz.

A ragadós befogóspirál más elv szerint épül fel. A pók a széléről indul és a középpont felé halad, a kanyarok között azonos távolságot tartva, és megkapjuk az Archimedes-spirált. Ugyanakkor a segédspirál szálait harapdálja.

A pókselymet a pók hasának hátsó részén található speciális mirigyek állítják elő. Legalább hétféle pókmirigyről ismert, hogy különböző szálakat termelnek, de az ismert pókfajták egyikében sem található meg egyszerre mind a hét típus. Általában egy póknak egy-négy pár ilyen mirigye van. A hálószövés nem egy gyors üzlet, és egy közepes méretű csapdaháló elkészítése körülbelül fél órát vesz igénybe. Ahhoz, hogy átváltson más típusú háló gyártására (a csapdaspirálhoz), a póknak egy perc pihenőre van szüksége. A pókok gyakran újrahasználják a hálót, megeszik az eső, szél vagy rovarok által megrongált csapdaháló maradványait. A hálót testükben speciális enzimek segítségével emésztik fel.

A pókselyem szerkezetét több százmillió éves evolúció során tökéletesen kidolgozták. Ez a természetes anyag két csodálatos tulajdonságot egyesít - az erőt és a rugalmasságot. A pókhálók hálója megállíthatja a teljes sebességgel repülő rovart. A fonal, amelyből a pókok csapóhálójuk alapját fonják, vékonyabb, mint egy emberi haj, és fajlagos (vagyis tömegegységre számolva) szakítószilárdsága nagyobb, mint az acélé. Ha összehasonlítjuk a gossamer szálat azonos átmérőjű acélhuzallal, akkor megközelítőleg azonos súlyt fognak ellenállni. De a pók selyem hatszor könnyebb, ami azt jelenti, hogy hatszor erősebb.

Az emberi hajhoz, a juhgyapjúhoz és a selyemhernyógubók selyméhez hasonlóan a szövedékek is elsősorban fehérjékből állnak. Aminosav-összetételét tekintve a hálófehérjék (spidroinok) viszonylag közel állnak a fibroinokhoz, a selyemhernyók által termelt selymet alkotó fehérjékhez. Mindkettő szokatlanul nagy mennyiségben tartalmaz alanint (25%) és glicint (körülbelül 40%). A fehérjemolekulák alaninban gazdag területei sűrűn, redőkbe tömörült kristályos régiókat képeznek, amelyek nagy szilárdságot biztosítanak, és azok a területek, ahol több a glicin, amorfabb anyag, amely jól tud nyúlni, és ezáltal rugalmassá teszi a fonalat.

Hogyan jön létre egy ilyen szál?? Erre a kérdésre még nincs teljes és egyértelmű válasz. A háló fonásának folyamatát a legrészletesebben a gömbszövő pók (Nephila clavipes) ampulla alakú mirigyének példáján tanulmányozták. A legerősebb selymet termelő ampuloid mirigy három fő részből áll: egy központi zsákból, egy nagyon hosszú íves csatornából és egy kivezető csőből. A zsák belső felületén lévő sejtekből kis gömb alakú cseppek válnak ki, amelyek kétféle spidroin fehérje molekulát tartalmaznak. Ez a viszkózus oldat a tasak farkába áramlik, ahol más sejtek más típusú fehérjét - glikoproteineket - választanak ki. A glikoproteineknek köszönhetően a kapott rost folyadékkristályos szerkezetet kap. A folyadékkristályok abból a szempontból figyelemre méltóak, hogy egyrészt nagyfokú rendezettséggel rendelkeznek, másrészt folyékonyak maradnak. Ahogy a vastag tömeg a kivezető nyílás felé halad, a hosszú fehérjemolekulák tájékozódnak, és egymással párhuzamosan sorakoznak fel a kialakuló rost tengelyének irányában. Ebben az esetben közöttük intermolekuláris hidrogénkötések jönnek létre.

Az emberiség a természet számos tervezési leletét lemásolta, de egy olyan összetett folyamat, mint a háló fonása, még nem reprodukálható. A tudósok most biotechnológiai technikák segítségével próbálják megoldani ezt a nehéz problémát. Az első lépés a hálót alkotó fehérjék termeléséért felelős gének izolálása volt. Ezeket a géneket baktérium- és élesztősejtekbe juttatták be. A kanadai genetikusok még tovább mentek – genetikailag módosított kecskéket tenyésztettek ki, amelyek teje oldott pókhálófehérjéket tartalmaz. De a probléma nem csak a pók selyemfehérje megszerzésében van, hanem szimulálni kell a természetes fonási folyamatot. És ezt a leckét a természettudósoknak még meg kell tanulniuk.

A fizikai és matematikai tudományok kandidátusa E. Lozovskaya, "Tudomány és Élet" folyóirat