Пауки научат делать шелк

Ученые из Массачусетского технологического института выяснили, в результате каких физических процессов шелковые нити паутины приобретают особую прочность и долговечность.

Проф. Гарет МакКинли (Gareth H. McKinley) и его коллеги изучали паутину золотого паука-кругопряда (Nephila clavipes). Нити, которые плетут эти пауки, настолько прочные, что в них могут запутаться небольшие птицы, а рыбаки используют их для изготовления рыболовных сетей.

На самом деле пауки не ткут паутину, они выпускают гель, состоящий из шелкового раствора. Одной чайной ложки этого раствора хватит для изготовления 10000 паутин. Затем, используя задние лапы и массу своего тела, они вытягивают гель в тонкую нить.

Ученые исследовали небольшие капли шелкового раствора. Они выяснили, что шелковый раствор на 30-40% состоит из белков, остаток составляет вода. По мнению проф. МакКинли, уникальной особенностью паутины является то, что она вырабатывается из водного раствора, при этом ее нити не растворяются в воде.

Гель, выделяющийся из паучьих желез, состоит из длинных белковых молекул, которые похожи на спутанные спагетти. Он довольно вязкий, но молекулы могут свободно скользить друг относительно друга. Когда гель поступает через S-образный сужающийся канал из железы наружу, молекулы выравниваются, и вязкость уменьшается более чем в 500 раз. Жидкость, образующаяся в результате выравнивания, по структуре напоминает жидкие кристаллы. Такая структура придает нитям паутины особую прочность.

Когда шелковая нить высыхает, внутри нее формируется очень мелкая кристаллическая структура, благодаря которой паутина приобретает дополнительную прочность. По мнению ученых, подобного эффекта можно добиться, если при изготовлении искусственных шелковых нитей вводить в материал специальные наночастицы.

Ученые собираются использовать полученные данные для производства искусственных шелковых нитей, которые, возможно, будут даже превосходить по прочности нити паутины.