Ученые раскрывают секреты паучьих «ножниц»

Пауки способны легко резать свою собственную паутину — одно из самых прочных натуральных материалов в мире. Им не страшны даже такие волокна, как углеродные и кевларовые. Их "инструменты" по резке оказались даже острее и эффективнее лезвия бритвы.

Пауки способны улавливать малейшие вибрации, поднимать добычу в тысячи раз тяжелее собственного веса и производить паутину, которая считается одной из самых крепких в природе. Ученые уже много лет пытаются создать искусственную паутину для промышленного применения.

Но у пауков есть и другая "суперсила": они обладают высокоэффективными "ножницами". Способны разрезать свою прочную паутину менее чем за 100 миллисекунд. Хотя пауки режут паутину вблизи ротовых придатков, их челюсти не имеют нужной формы, чтобы запросто перекусить нити.

Команда биологов во главе с Габриэле Греко (Gabriele Greco) из Шведского университета аграрных наук в Упсале провели эксперимент: пауки должны были разрезать углеродные и кевларовые волокна. Если бы пауки справились с этой задачей, то ферменты не могли бы играть ключевую роль в их резательных способностях, ведь эти волокна совершенно иного состава, чем паутина, и устойчивы к ферментативным воздействиям.

В результате пауки действительно смогли разрезать индустриальные волокна в своих террариумах и использовали их остатки для создания своих паутин. Разрезание волокон заняло более десяти секунд — дольше, чем резка паутины, но все же удивительно быстро. Как им это удалось без помощи ферментов?

Интересно, что поверхности разрезанных паутины и углеродных волокон были схожи с теми, что получаются при резке с помощью обычных ножниц. Очевидно, что челюсти пауков все-таки функционируют как своего рода ножницы, хотя и не выглядят так.

Исследования под сканирующим электронным микроскопом показали, как это возможно: ключевым моментом оказался микроархитектурный дизайн паучьих клешней. Их края напоминают мелкие зазубрины, подобные тем, которые есть у ножей для стейка. Когда зазубрины врезаются в материал, требуется меньше силы для разрезания. Подобные микро-зубцы уже выявлены на зубах акул и тираннозавров (Tyrannosaurus rex).

Ученые заметили, что зазубрины паучьих клешней распределены неравномерно: они увеличиваются от кончика к основанию. Когда волокно попадает на резку, оно скользит внутрь, пока не застрянет на зазубрине соответствующего размера. Это еще больше снижает необходимую силу и позволяет паучьим клешням разрезать прочные волокна эффективнее любой бритвы.

Эти открытия могут найти применение в промышленности, объясняет старший автор исследования Никола Пуньо (Nicola Pugno) из Королевского колледжа Лондона: "Новая теория может помочь разработать более острые и мощные инструменты, вдохновленные паучьими клешнями. Например, для резки дерева, металла, камня, продуктов питания или волос".

фото: Wikimedia Commons