Загадки и удивительные свойства паутины

Вот уже более 450 млн лет паукообразные успешно конкурируют с другими видами в борьбе за существование. Они благополучно пережили динозавров, саблезубых тигров, мамонтов и массу других животных, известных нам по ископаемым останкам, и даже преумножили число своих видов до 60 тысяч.

Но главной тайной этих существ остается их паутина, которая используется насекомыми-хищниками для охоты; передвижения – для полетов, как на планере или парашюте; для создания коконов и убежищ. Всю историю человечество пытается ее разгадать, и сегодня, вооружившись всеми современными средствами, уникальный продукт паучьих желез изучают физики, химики и биологи.

Известно, что нить паука настолько прочна, что если ее сплести в канат толщиной с карандаш, то он удержал бы стартующий танк или взлетающий Боинг. Это сравнимо с прочностью стали ( предел прочности на разрыв 0,4-1,5 Гпа), но паутина (1,1-2,7 Гпа!), к тому же она гораздо эластичнее и очень легкая. Еще момент: паутине присуща поворотная изомерия, это значит, что нет перекручивания нити при закручивании ее в одну сторону.

А в народной медицине издавна считается, что паутина способна унять кровотечение, и вообще она признается универсальным   бактерицидным средством при ожогах, порезах и пр. Кстати, и современная наука это не оспаривает!

Химический состав чудо-нити уже разгадан: это простейшие аминокислоты - глицин и аланин, в малом количестве есть и неорганические вещества – гидрофосфат калия и нитрат калия. А структура паутины такова: она имеет сердцевину из белка фиброина (2/3 массы паутины), обвитую по спирали слоями гликопротеидных нановолокон. Фиброин – сиропоподобная жидкость, полимеризующаяся и твердеющая на воздухе. Гликопротеиды – сложные белки, содержащие углеводы, способные образовывать жидкие кристаллы со стержневидными фрагментами, из-за них паутина прочна как кристалл, но при этом сохраняет и эластичные, текучие свойства.

Казалось бы, все ясно, гликопротеиды есть в тканях многих животных и растений – в плазме крови, в белках мышц и т.д. Но сама технология создания волокон, подобных паутине, пока не достижима для человека. Пауки единолично носят в своем брюшке «фабрику» по соединению гликопротеидных волокон за счет водородных связей, а также связей между СО- и NН-группами.  

Для развития производства паутины в промышленных масштабах была мысль разводить пауков на фермах, как, например, тутового шелкопряда. Но для производства 1 кв. м ткани пауков требуется не менее 400 голов, и уживаться вместе они никак не желают – не тот характер. Помните крылатое выражение «жрут друг друга, как пауки в банке»?  

Ученые по сей день пытаются искусственно воспроизвести аналог паутины, и в какой-то мере это удалось. Из похожего волокна кевлара уже производятся бронежилеты, канаты, шлемы, перчатки и прочая спецодежда. Но свойства этого арамидного волокна в пять раз хуже, чем у природного аналога. При этом в его производстве используется серная кислота, разогретая до очень высоких температур, а пауки ухитряются обойтись без экстремальных условий, экологически чистыми, безотходными технологиями. Кстати, пауки периодически сами съедают свою же старую паутину – возможно, чтобы восполнить запас веществ на ее производство.  

Сегодня на помощь химикам, терпящим фиаско в конкуренции с пауками, активно пошли биотехнологи. Они расшифровали паучьи гены, отвечающие за создание уникальных нитей, и ввели их в генофонд козы. В результате, генномодифицированные козы уже дают молоко с тем самым ценным белком. Представьте, из литра этого «отредактированного» молока можно синтезировать километр «паутинного» волокна без агрессивных химикатов! Данная информация опубликована в Nature Chemical Biology.

И если вышеозначенные ученые занялись генной модификацией фауны, то немецкие ученые «ударили геномом» по флоре – ввели паучьи гены в картофель и табак. В результате ценный фиброин появился в картошке и табачных листьях, правда, пока его маловато – до 2%. Однако, ученые не теряют оптимизма и наращивают концентрацию паутинного белка, дабы использовать его для создания медицинских бинтов, хирургических нитей, искусственных сухожилий и пр.      

Говорят, и «паутинное» молоко, и картошка с фиброином на вкус – вполне себе нормальные, не отличимые от исконных продуктов. Наверное, и растут они лучше, не боятся вредителей – еще бы, эти гены несут в себе опыт 450 млн. лет успешного выживания и побед за место под солнцем.

И все немного страшновато: уж не превратится ли и человечество со временем в пауков? А что, политики уже грызутся, как пауки в банке…