info@vlv-mag.com

Эко-информационный портал

Учёные открыли ранее неизвестные характеристики паучьего шёлка

Паучий шёлк: новые перспективы

В истории науки немало примеров, когда революционные открытия совершались случайно. Одно из них произошло недавно в Массачусетском технологическом институте, где учёные исследовали свойства паучьего шёлка. В результате экспериментов неожиданно обнаружилась его неизвестная ранее особенность, которая может быть использована для создания новых биоматериалов, систем управления и даже синтетических мышц.

Паучий шёлк является одним из самых невероятных материалов, созданных живой природой, который не раз вдохновлял учёных на разработку его искусственного аналога. Особенность этих тончайших нитей в потрясающем балансе прочности и растяжимости, высокой теплопроводности, своеобразной торсионной динамике и исключительных свойствах распространения вибрации. И это, оказывается, не всё…

На электронном микроскопе видны волокна нити паука

На электронном микроскопе видны волокна нити паука, фото © MIT researchers

Изучая влияние влажности на свойства паучьего шёлка, учёные MIT проводили ряд экспериментов. Так, они подвесили на его нить груз, который должен был служить маятником, и всю «конструкцию» поместили в специальную камеру с регулируемым уровнем влажности. Когда её показатель достиг 70%, грузик внезапно начал вращаться. «Для нас это оказалось абсолютной неожиданностью!», − комментирует произошедшее профессор Маркус Бюлер, автор исследования.

Новое свойство исследуемого материала команда специалистов назвала суперсжимаемостью − способностью сокращаться до 50% в длину одновременно с радиальным набуханием (увеличением диаметра вдвое). Мощные циклические сокращения/расслабления шёлка позволяют ему действовать как высокоэффективная «мышца», производя механическую работу, в 50 раз большую, чем у человеческой мышцы эквивалентной массы. Обнаруженная особенность может оказаться необычайно полезной: «Появилась возможность манипулировать движениями систем с потрясающей точностью, регулируя влажность», − говорит Бюлер.

Экспериментальная установка, используемая для изучения поведения шелка-паука

Экспериментальная установка, используемая для изучения поведения шелка-паука, фото © MIT researchers

Сегодня подобные исследования представляют особый интерес для науки. Так, в последнее время появилось нескольких перспективных моделей скручивающихся искусственных мышц из синтетических полимеров, углеродных нанотрубок и графеновых волокон, которые управляются электрическим импульсом, влажностью или температурой. Теперь эксперты уверены, что возможно создание нового полимерного материала, имитирующего «поведение» паучьего шёлка, который обладает высокой чувствительностью к «настройкам» на наноуровне. Интересно, что другие материалы (шёлк тутового шелкопряда, кевларовое волокно, человеческие волосы) подобных свойств в ходе экспериментов не проявили.

Интернациональная группа учёных под руководством Бюлера проводила испытания с шёлковыми нитями пауков из рода кругопряды-нефилы, однако позже выяснилось, что обнаруженная особенность характерна для секрета всех пауков, независимо от их вида. Потому, вероятно, она имеет важное значение для самих членистоногих, однако какое именно, пока остаётся загадкой. Возможно, суперсжимаемость позволяет паутине в условиях повышенной влажности сохранять свойства распространения вибрации, благодаря которым паук чувствует, что в сеть попала добыча.

В поисках вещества, ответственного за обнаруженное свойство, учёные погрузились в изучение молекулярной структуры паучьего шёлка. Драглайн паутины представляет собой белковое волокно, состоящее из двух основных белков: MaSp1 и MaSp2. В составе последнего и обнаружился «виновник» вращения – аминокислота пролин. Под воздействием воды её водородные связи разрушаются несимметрично, что и вызывает кручение – строго в одном направлении и при определённой влажности.

MaSp1 (слева) и MaSp2 (справа)

MaSp1 (слева) и MaSp2 (справа), фото © MIT researchers

В исследовании свойств шёлковых паучьих нитей всерьёз заинтересована и медицина. Так, например, сегодня ведутся испытания методики соединения с их помощью нервов и связок, восстановления глубоких ожогов и лечения некоторых неврологических заболеваний. Учёные, изучающие характеристики этого материала, отмечают, что два десятка пауков могут дать до 800 метров нити в час. «Доить» же их можно раз в неделю, вручную, и такая процедура нисколько не вредит членистоногим.

Виктория Романова, Россия, Москва

Статьи