Как пауки плетут паутину.

Возможно, пауки - не самые привлекательные создания, но их творение - паутина - не может не вызывать восхищения. Вспомните, как завораживает взгляд геометрическая правильность переливающихся на солнце тончайших нитей, растянутых между ветвями кустарника или среди высокой травы.

Пауки - одни из древнейших обитателей нашей планеты, заселившие сушу более 200 миллионов лет назад. Самая главная их отличительная особенность - это способность производить паутинный шелк, непревзойденное по прочности натуральное волокно.

Паутина, жидкое выделение паутинных желез некоторых членистоногих (пауков, паутинных клещей, ложноскорпионов, эмбий и др.), способное растягиваться в виде тонких нитей, быстро затвердевающих на воздухе. Составом паутина близка к шёлку гусениц шелкопрядов (тутового, дубового и др.). Состоит главным образом из нерастворимого в воде, очень прочного фиброина.

Пауки используют свою паутину для самых разных целей. Они делают из нее коконы для яиц, строят убежища для зимовки, используют в качестве "страховочного каната" при прыжках, плетут замысловатые ловчие сети и заворачивают пойманную добычу. Готовая к спариванию самка производит паутинную нить, помеченную феромонами, благодаря чему самец, двигаясь вдоль нити, легко находит партнершу. Молодые пауки некоторых видов улетают из родительского гнезда на длинных нитях, подхваченных ветром.

Паутинный шелк производится особыми железами, расположенными в задней части брюшка паука. Известно, по крайней мере, семь типов паутинных желез, производящих разные нити, но ни у одного из известных видов пауков не встречаются все семь типов сразу. Обычно у паука от одной до четырех пар этих желез. Плетение паутины дело не быстрое, и на построение ловчей сети среднего размера уходит примерно полчаса. Чтобы переключиться на производство паутины другого вида (для ловчей спирали), пауку требуется минутная передышка. Пауки часто используют паутину повторно, съедая остатки ловчей сети, поврежденной дождем, ветром или насекомыми. Паутина переваривается в их организме с помощью специальных ферментов. Известно, что многие пауки-кругопряды "разбирают" на ночь свою паутину и при этом частично поедают ее. Но до сих пор ничего не было известно о поедании пауками чужой паутины.

Питаются пауки в основном насекомыми. Ловчие приспособления, которыми они пользуются для добывания пищи, бывают самых разных форм и видов. Некоторые пауки просто протягивают несколько сигнальных нитей рядом со своим убежищем и, как только насекомое задевает за нить, бросаются на него из засады. Другие - выбрасывают нить с клейкой каплей на конце вперед, как своеобразный аркан. Но вершина конструкторской деятельности пауков - это все-таки круглые колесовидные тенета, расположенные горизонтально или вертикально.

Паутина производится в задней части тела паука. Задними ногами он вытягивает нить, производимую специальным органом. Липкие капли на поверхности паутины - на самом деле клубочки этой же самой нити. Когда нужно, они разматываются, и паутина легко растягивается.

Чтобы построить колесовидную ловчую сеть, паук-крестовик, обычный обитатель наших лесов и садов, выпускает довольно длинную прочную нить. Ветерок или восходящий поток воздуха поднимает нить вверх, и, если место для постройки паутины выбрано удачно, она цепляется за ближайшую ветку или другую опору. Паук проползает по ней, чтобы закрепить конец, иногда прокладывая для прочности еще одну нить. Затем он выпускает свободно свисающую нить и к ее середине прикрепляет третью, так что получается конструкция в форме буквы Y - первые три радиуса из более чем полусотни. Когда радиальные нити и рама готовы, паук возвращается в центр и начинает прокладывать временную вспомогательную спираль - что-то вроде "строительных лесов". Вспомогательная спираль скрепляет конструкцию и служит пауку дорожкой при построении ловчей спирали. Весь основной каркас сети, включая радиусы, делается из неклейкой нити, а вот для ловчей спирали используется двойная нить, покрытая клеящим веществом.

• От горизонтальной поперечины паук - кругопряд спускается по вертикальной нити, пока не достигнет опоры.
• Потом он строит каркас, соединяя в центре рамки нити-радиусы.
• На радиусы, двигаясь от центра к краю, паук накладывает широкую спираль из не липкой паутины.
• Возвращаясь от края к центру, он добавляет спираль из липкой нити.

Удивительно то, что эти две спирали имеют разную геометрическую форму. Временная спираль имеет относительно мало витков, и расстояние между ними с каждым витком увеличивается. Происходит это потому, что, прокладывая ее, паук движется под одинаковым углом к радиусам. Форма получившейся ломаной линии близка к так называемой логарифмической спирали.

Липкая ловчая спираль строится по другому принципу. Паук начинает с края и продвигается к центру, сохраняя одинаковое расстояние между витками, и получается спираль Архимеда. При этом он обкусывает нити вспомогательной спирали.

На паутине паука вида "черная вдова" имеются липкие капельки. Жертва, попавшая в эту паутину, не в состоянии освободиться самостоятельно. Паутина липкая, эластичная и очень прочная. Для паука это не просто ловушка для добычи, а продолжение его собственного тела. Он чувствует вибрацию любого живого существа, попавшего в паутину, и без промедления нападает на него.

Существует 2 вида паутины: плоская и объемная. Плоская - классическая и радиальная или объемная паутина в виде комка сплошных нитей служат верной службой паукам в ловле летающих насекомых. Но почему разные пауки приспособились строить разные типы паутины?

С точки зрения эффективности, самой оптимальной можно считать плоскую паутину с наименьшим числом нитей. Такую радиальную паутину строят в основном пауки-крестовики. Эта очень прочная конструкция

Ее эффективность базируется на наименьшей видимости всей этой ловушки для насекомых. Чем меньше видна конструкция, тем чаще в нее будут попадаться жертвы и тем чаще будет сыт паук.

Так в чем же дело? Почему добрая половина пауков, плетущих паутины, предпочитает строить объемные запутанные сети, которые достаточно хорошо видны насекомым, что те от них уклонялись и не попадали в ловушки. То есть этим паукам остается только надеяться, что выбранное ими место будет удачным для того, чтобы насекомое-жертва залетело в построенную им паутину случайно.

На самом деле загадка кроется в том, что пауки просто выбирают свой принцип жизни.

Плоская радиальная паутина паука-крестовика очень эффективна и в нее будут попадать больше насекомых. Но она менее эффективно сможет их после этого удержать, в отличие от объемной паутины, где насекомое, попавшее в сеть лабиринтов нитей, уже никогда из нее не выберется.

Но и это еще не все. Чтобы паук-крестовик был сыт и не умер с голоду, ему не просто нужно строить каждый день и чинить каждую ночь свою “невидимую” ловушку. Но в моменты, когда она срабатывает, нестись со всех ног к месту паутины, куда попала жертва, чтобы как можно быстрее ее опутать клубком новой паутины и сделать смертельный укус яда. Не сделай он этого вовремя, и жертва успеет выбраться из ловушки.

Паук-крестовик, да и другие пауки обладают отличной реакцией и скоростью, чтобы успеть подбежать к жертве. Почему другие пауки стали строить именно объемные паутины, чтобы просто ждать, когда жертва сама сдохнет от голода, а затем уже приступить к ее поеданию?

Оказывается, все дело в размерах и силе самих пауков. Паук-крестовик обладает внушительными размерами и силой, которая способна опутать даже шмеля или шершня. Но если кто наблюдал этот процесс охоты крестовика, то мог видеть, что, поймав муху или бабочку, он быстро опутывает ее клубком паутины, затем отрывает этот клубок с жертвой от основной ловушки и также быстро убегает в укрытие с ней, где уже ее поедает.

В этом то и состоит разгадка. Оказалось, что пауки бояться сами, что станут жертвой со стороны других хищников, например, ос.

Поэтому, более слабые и меньшие размером пауки перешли к другой тактике – выжиданию. Их объемные паутины в состоянии защитить их от атаки ос, которые не могут их достать в этом клубке. С другой, если крупная жертва, да еще и с жалом, которое может убить маленького паука, попадет в объемную паутину, то пауку не нужно будет бежать и рисковать жизнью, чтобы, например, сразу бороться с живой и сильной осой, а просто достаточно подождать, чтобы затем высасывать все соки из уже умершей жертвы.

При этом эти пауки рискуют только одним – голодом, поскольку в их паутины насекомые попадают гораздо реже.

Структура паутинного шелка идеально отработана за сотни миллионов лет эволюции. Этот природный материал сочетает в себе два свойства - прочность и эластичность. Сеть из паутины способна остановить насекомое, летящее на полной скорости. Нить, из которой пауки плетут основу своей ловчей сети, тоньше человеческого волоса, а ее удельная (то есть пересчитанная на единицу массы) прочность на разрыв выше, чем у стали. Если сравнивать паутинную нить со стальной проволокой такого же диаметра, то они выдержат примерно одинаковый вес. Но паутинный шелк в шесть раз легче, а значит, в шесть раз прочнее.

Подобно человеческому волосу, шерсти овцы и шелку коконов гусеницы шелкопряда, паутина состоит в основном из белков. По аминокислотному составу белки паутины - спидроины - относительно близки к фиброинам, белкам, из которых состоит шелк, вырабатываемый гусеницами шелкопряда. И те и другие содержат необычно много аминокислот аланина (25%) и глицина (около 40%). Участки белковых молекул, богатые аланином, образуют плотно упакованные в складки кристаллические области, обеспечивающие высокую прочность, а те участки, где больше глицина, представляют собой более аморфный материал, способный хорошо растягиваться и тем самым придающий нити эластичность.

Человечество скопировало многие из конструкторских находок природы, но такой сложный процесс, как прядение паутины, воспроизвести, пока не удается. Эту непростую задачу ученые сейчас пытаются решить с помощью биотехнологических приемов. Первым шагом стало выделение генов, ответственных за производство белков, из которых состоит паутина. Эти гены были внедрены в клетки бактерий и дрожжей. Канадские генетики пошли еще дальше - они вывели генетически модифицированных коз, молоко которых содержит растворенные белки паутины. Но проблема не только в том, чтобы получить белок паутинного шелка, необходимо смоделировать природный процесс прядения. А этот урок природы ученым еще предстоит выучить.