Паук использует электричество для расчёсывания липких нанонитей

Паук, часто встречающийся в британских садовых центрах, раскрывает секреты прядения невероятно длинных и прочных волокон толщиной всего в несколько нанометров.

Большинство пауков прядут шёлковые нити толщиной в несколько микрометров, но необычный паук Uloborus plumipes (садовый паук или кружевница перистоногая) способен создавать нити нанометрового масштаба. Учёные из Оксфордского университета приблизились к пониманию этого механизма. Их открытие может привести к технологиям, которые позволят коммерческое прядение нанонитей.

Исследование провели Катрин Кроненбергер и Фриц Фоллрат из Департамента зоологии Оксфордского университета, отчёт опубликован в журнале Biology Letters.

Вместо использования липких капель клея на нитях для ловли добычи Uloborus применяет более древнюю технику — сухие ловчие нити, состоящие из тысяч нанонитей, которые, как предполагается, электрически заряжаются, образуя «пушистые» ловчие канаты.

Чтобы раскрыть секреты нановолокон, исследователи собрали взрослых самок Uloborus в садовых центрах Хэмпшира, Великобритания. Они сфотографировали и сняли на видео процесс прядения, а также использовали три различных метода микроскопии для изучения шёлкопрядильных органов паука. Особый интерес представлял крибеллум — древний прядильный орган, встречающийся не у всех пауков и состоящий из одной или двух пластинок, густо покрытых крошечными выходными отверстиями (носиками) для шёлка.

«Uloborus обладает уникальными крибеллярными железами, одними из самых маленьких шёлковых желез среди пауков, и именно они производят сверхтонкую "ловчую шерсть" для его ловчих нитей», — говорит доктор Катрин Кроненбергер, первый автор исследования. — «Исходный материал, шёлковый раствор, проходит через исключительно узкие и длинные протоки в крошечные прядильные носики. Важно, что шёлк формируется практически непосредственно перед выходом из этих уникальной формы носиков».

Крибеллум Uloborus покрыт тысячами крошечных шёлкопрядильных единиц, сочетающих протоки длиной в среднем 500 нанометров и носики, сужающиеся до диаметра около 50 нанометров.

«Полотно из паутины, состоящее из тысяч нитей, выходящих из этих носиков, активно расчёсывается пауком на основные волокна ловчей нити с помощью специальных волосков на задних лапах», — объясняет профессор Фриц Фоллрат. — «Это расчёсывание и взъерошивание — сильное вытягивание нити — заряжает волокна. Электростатическое взаимодействие в этом комбинированном процессе прядения приводит к образованию равномерно расположенных, шерстеподобных "пуфов", покрывающих ловчие нити. Экстремальная тонкость каждой нити в сочетании с зарядами, возникающими при прядении, обеспечивает адгезию за счёт сил Ван-дер-Ваальса. Это делает эти пуфы невероятно липкими».

Обычно синтетические полимерные волокна производятся методом экструзии расплава: их диаметр обычно составляет 10 микрометров и более. Но поскольку диаметр нити напрямую влияет на её прочность, технология, позволяющая коммерчески производить нановолокна, открыла бы путь к созданию более прочных и длинных волокон.

«Изучение этого паука даёт нам ценную информацию о том, как он создаёт нановолокна», — говорит профессор Фоллрат. — «Если бы мы смогли воспроизвести его изящный трюк электроспиннинга нановолокон, мы могли бы проложить путь к высокоуниверсальной и эффективной новой технологии обработки полимеров».