Nega veb juda kuchli? O'rgimchak to'ri arqon

Dunyodagi eng kuchli materiallar hisobga olinadi veb. Uning egiluvchanligi va mustahkamligi shundaki, agar to'rni (barcha xususiyatlarini saqlab qolgan holda) hech bo'lmaganda qalam kabi qalin qilish mumkin bo'lsa, unda zamonaviy tankni osongina osib qo'yish mumkin edi.

Bundan tashqari, o'rgimchak jarayoni eng yuqori toifaga ko'ra tuzatiladi - zamonaviy sanoat kompaniyalari bundan uzoqdir.

Bundan tashqari, o'rgimchak "shunchaki" to'rni emas, balki aynan shu vaqtda unga kerak bo'lgan to'rni yaratadi. Joylashtirish joyini o'zgartirish - boshqa narsa, oziq-ovqat olish - boshqa narsa, o'zi uchun uy-joy qurish - uchinchisi. Tuzuvchi to'r odatda bir-biridan o'ziga xos xususiyatlari bilan farq qiladigan bir necha turdagi to'rlardan yaratiladi. Biroq, "model" ni o'zgartirish uchun o'rgimchak qayta qurmaydi va quvur liniyasini to'xtatmaydi - u har doim qaysi ipni kerakligini "biladi".

Mashhur klassik, g'ildirak shaklidagi to'rni yaratish uchun o'rgimchak birinchi navbatda "poydevor" kabi narsalarni tortadi - unchalik yopishqoq bo'lmagan va katta diametrli og'ir iplarni, so'ngra ularga yupqaroq "trikotaj ignalari" qo'yadi va shundan keyingina qolgan bo'shliqni o'rab oladi. markazda deyarli ko'rinmas, eng xavfli va yopishqoq spirallar mavjud bo'lib, ular turli hasharotlar uchun tuzoqdir.

Baliqchi o'rgimchak to'rni umuman to'qimaydi. U oxirida yopishqoq to'pga ega bo'lgan bitta yupqa ip yasaydi, shundan so'ng u bu qurolni jangovar tarzda turli yo'nalishlarda silkitadi. Shu bilan birga, u sherik izlayotgan urg'ochi kuya chiqaradigan xushbo'y hidni chiqaradi. Ishonchli kuya hidga to'planadi, lekin natijada ular peshonalarida yopishqoq to'pni oladi va o'rgimchak uchun kechki ovqatga aylanadi.

O'rgimchak sayr qilish uchun yumshoq, qalin va mayin to'r qiladi - kim o'z tuzog'iga tushishni xohlaydi? Va agar hunarmand o'z yashash joyini o'zgartirishga qaror qilsa, u maxsus veb-parashyutni chiqaradi - shamol tomonidan ko'tarilib, u egasini uzoq masofaga ko'chirishi mumkin.

Va o'rgimchaklar haqida yana bir qancha qiziqarli ma'lumotlar. Bir necha yil oldin olimlar Madagaskarda uzunligi 25 metrgacha bo'lgan to'rni to'qishga qodir bo'lgan, mos quvvat va qalinlikdagi o'rgimchakning yangi turini kashf qilishdi (hozircha bu jahon rekordi). O'rgimchak o'zining ulkan to'rlarini oddiy butalar orasiga emas, balki to'g'ridan-to'g'ri ko'llar va daryolar bo'ylab tortadi - suv ustida aylanib yurgan hasharotlarni ushlaydi.

Va o'tgan yili olimlar bo'limda veb qanday ko'rinishini aniqlashga muvaffaq bo'lishdi. Ma'lum bo'lishicha, to'r oqsilli ip bo'lib, u pancakes to'plamiga o'xshaydi. Har bir "pancake" ning diametri 3 nanometr bo'lib, u vodorod aloqalari natijasida qo'shni bilan bog'langan.

Araxnidlar tartibining vakillarini hamma joyda uchratish mumkin. Ular hasharotlarni ovlaydigan yirtqichlardir. Ular o'ljalarini to'r yordamida ushlaydilar. Bu moslashuvchan va bardoshli tola bo'lib, unga chivinlar, asalarilar, chivinlar yopishadi. O'rgimchak to'rni qanday to'qadi, bu savol ko'pincha ajoyib tuzoq to'rini ko'rganda so'raladi.

Veb nima?

O'rgimchaklar sayyoramizning eng qadimgi aholisidan biri bo'lib, ularning kichik o'lchamlari va o'ziga xos ko'rinishi tufayli ularni hasharotlar deb hisoblashadi. Aslida, bu artropodlar tartibining vakillari. O'rgimchakning tanasi sakkiz oyoq va ikkita qismdan iborat:

sefalotoraks;
qorin.

Hasharotlardan farqli o'laroq, ularda antennalar va boshni ko'krakdan ajratib turadigan bo'yin yo'q. Araxnidning qorni veb-zavodning bir turidir. Uning tarkibida kuch beruvchi alanin bilan boyitilgan oqsil va elastiklik uchun mas'ul bo'lgan glitsindan iborat sir hosil qiluvchi bezlar mavjud. Kimyoviy formulaga ko'ra, to'r hasharotlar ipaklariga yaqin. Bezlar ichida sir suyuq holatda bo'lib, havoda qattiqlashadi.

Ma `lumot. Ipak qurti tırtıllar va o'rgimchak to'rlarining ipaklari o'xshash tarkibga ega - 50% fibroin oqsilidir. Olimlar o'rgimchakning ipi tırtıllar siridan ancha kuchli ekanligini aniqladilar. Bu tola hosil bo'lishining o'ziga xosligi bilan bog'liq

O'rgimchak to'ri qayerdan keladi?

Artropodning qorin bo'shlig'ida o'simtalar - araxnoid siğiller mavjud. Ularning yuqori qismida iplarni tashkil etuvchi araknoid bezlarning kanallari ochiladi. Turli maqsadlar uchun ipak ishlab chiqaradigan 6 turdagi bezlar mavjud (o'ljani ko'chirish, tushirish, o'ljani chalkashtirish, tuxumni saqlash). Bir turda bu organlarning barchasi bir vaqtning o'zida sodir bo'lmaydi, odatda, bir odamda 1-4 juft bezlar mavjud.

Siğillarning yuzasida oqsil sirini ta'minlaydigan 500 tagacha aylanadigan naychalar mavjud. O'rgimchak to'rni shunday aylantiradi:

o'rgimchak siğillari taglikka (daraxt, o't, devor va boshqalar) bosiladi;
oz miqdorda protein tanlangan joyga yopishadi;
o'rgimchak orqa oyoqlari bilan ipni tortib, uzoqlashadi;
asosiy ish uchun uzun va egiluvchan old oyoqlar ishlatiladi, ularning yordami bilan quruq iplardan ramka yaratiladi;
tarmoqni ishlab chiqarishning yakuniy bosqichi - yopishqoq spirallarning shakllanishi.

Olimlarning kuzatishlari tufayli o'rgimchak to'ri qayerdan paydo bo'lganligi ma'lum bo'ldi. Qorin bo'shlig'idagi mobil juftlashgan siğillar tomonidan chiqariladi.

Qiziqarli fakt. To'r juda engil, Yerni ekvator atrofida o'rab olgan ipning og'irligi atigi 450 g bo'ladi.

O'rgimchak ipni qorin bo'shlig'idan tortib oladi

Tuzuvchi tarmoq qanday qurilgan

Shamol o'rgimchakning qurilishdagi eng yaxshi yordamchisidir. Siğillardan yupqa ipni olib, araxnid uni havo oqimi ostiga qo'yadi, bu esa qattiqlashgan ipakni sezilarli masofaga olib boradi. Bu o'rgimchakning daraxtlar orasiga to'r to'qishining sirli usuli. Tarmoq daraxt shoxlariga osongina yopishadi, uni arqon sifatida ishlatadi, araxnid joydan boshqa joyga ko'chiriladi.

To'rning tuzilishida ma'lum bir naqsh kuzatilishi mumkin. U bir nuqtadan tarqaladigan nurlar shaklida joylashtirilgan kuchli va qalin iplar ramkasiga asoslangan. O'rgimchak tashqi qismdan boshlab, asta-sekin markazga qarab aylana hosil qiladi. Ajablanarlisi shundaki, hech qanday moslashuvsiz, u har bir doira orasidagi bir xil masofani saqlaydi. Tolalarning bu qismi yopishqoq bo'lib, unda hasharotlar yopishadi.

Qiziqarli fakt. O'rgimchak o'z to'rini yeydi. Olimlar bu faktni ikkita tushuntirishni taklif qilishadi - bu yo'l bilan tutqich tarmog'ini ta'mirlash vaqtida oqsil yo'qotilishi to'ldiriladi yoki o'rgimchak shunchaki ipak iplarga osilgan suvni ichadi.

Veb-dizaynning murakkabligi araxnid turiga bog'liq. Pastki artropodlar oddiy tarmoqlarni, yuqorilari esa murakkab geometrik naqshlarni yaratadilar. 39 radiusli va 39 spiraldan iborat tuzoq qurish taxmin qilinmoqda. Silliq radial iplar, yordamchi va tutqichli spirallardan tashqari, signal iplari mavjud. Ushbu elementlar tutilgan o'ljaning tebranishini ushlab, yirtqichga uzatadi. Agar begona narsa (novda, barg) uchrasa, kichik egasi uni ajratib, tashlab yuboradi, keyin tarmoqni tiklaydi.

Katta daraxt araxnidlari diametri 1 m gacha bo'lgan tuzoqlarni tortadi.Ularga nafaqat hasharotlar, balki mayda qushlar ham kiradi.

O'rgimchak to'rni qancha vaqt aylantiradi?

Yirtqich hasharotlar uchun ochiq tuzoq yaratish uchun yarim soatdan 2-3 soatgacha vaqt sarflaydi. Uning ishlash muddati ob-havo sharoiti va tarmoqning rejalashtirilgan hajmiga bog'liq. Ba'zi turlar turmush tarziga qarab har kuni ertalab yoki kechqurun ipak iplarini to'qishadi. O'rgimchak to'rni qanchalik to'qadigan omillardan biri bu uning tashqi ko'rinishi - tekis yoki hajmli. Yassi - bu radial iplar va spirallarning tanish versiyasi, katta hajmli - bu tolalar bo'lagidan yasalgan tuzoq.

Internetning maqsadi

Yupqa to'rlar faqat hasharotlar uchun tuzoq emas. Araxnidlar hayotida tarmoqning roli ancha keng.

O'ljani tutish

Barcha o'rgimchaklar o'ljasini zahar bilan o'ldiradigan yirtqichlardir. Shu bilan birga, ba'zi odamlar nozik jismoniy xususiyatlarga ega va o'zlari hasharotlar, masalan, ari qurboni bo'lishlari mumkin. Ularga ov qilish uchun boshpana va tuzoq kerak. Yopishqoq tolalar bu vazifani bajaradi. To'rga tushganidan so'ng, ular o'ljani iplar pillasiga o'rab oladi va AOK qilingan ferment uni suyuq holatga keltirguncha uni qoldiradi.

Araxnidlarning ipak tolalari inson sochidan yupqaroq, ammo ularning o'ziga xos kuchlanish kuchi po'lat sim bilan solishtirish mumkin.

ko'payish

Juftlash davrida erkaklar urg'ochi to'riga o'zlarining iplarini bog'laydilar. Ipak tolalariga ritmik zarbalar berib, ular potentsial sherikni niyatlari haqida xabardor qiladilar. Qiziqarli ayol juftlashish uchun erkak hududiga tushadi. Ba'zi turlarda sherik izlash tashabbuskori ayol hisoblanadi. U feromonlar bilan ip ajratadi, buning natijasida o'rgimchak uni topadi.

avlod uchun uy

Tuxum uchun pillalar ipak oʻrgimchak toʻrlaridan toʻqiladi. Ularning soni, artropodlar turiga qarab, 2-1000 dona. Ayol tuxumlari bo'lgan o'rgimchak qoplari xavfsiz joyda osilgan. Kozaning qobig'i etarlicha kuchli, u bir necha qatlamlardan iborat va suyuq sir bilan to'yingan.

Araxnidlar o'zlarining chuqurlarida devorlarni o'rgimchak to'ri bilan to'qishadi. Bu qulay mikroiqlimni yaratishga yordam beradi, yomon ob-havo va tabiiy dushmanlardan himoya qiladi.

harakatlanuvchi

O'rgimchak to'rni nima uchun aylantiradi degan javoblardan biri shundaki, u iplarni transport vositasi sifatida ishlatadi. Daraxtlar va butalar orasida harakat qilish, tezda tushunish va tushish uchun kuchli tolalar kerak. Uzoq masofalarga parvoz qilish uchun o'rgimchaklar balandliklarga ko'tarilib, tezda qotib qoladigan to'rni chiqaradi va keyin shamol esadi bilan bir necha kilometrga olib ketiladi. Ko'pincha sayohatlar hind yozining issiq, aniq kunlarida amalga oshiriladi.

Nega o'rgimchak o'z tarmog'iga yopishmaydi?

O'z tuzog'iga tushmaslik uchun o'rgimchak harakat qilish uchun bir nechta quruq iplar qiladi. Men tarmoqlarning nozik tomonlarini yaxshi bilaman, u tiqilib qolgan o'ljaga xavfsiz yaqinlashadi. Odatda qoplovchi to'rning markazida yirtqich o'ljani kutayotgan xavfsiz joy mavjud.

Olimlarning araxnidlarning ov tuzoqlari bilan o'zaro ta'siriga qiziqishi 100 yildan ko'proq vaqt oldin paydo bo'lgan. Dastlab, ularning panjalarida yopishib qolmaslik uchun maxsus moylash materiallari borligi taklif qilingan. Nazariya hech qachon tasdiqlanmagan. Muzlatilgan sirdan o'rgimchak oyoqlarining tolalar bo'ylab harakatlanishini maxsus kamera bilan suratga olish aloqa mexanizmini tushuntirib berdi.

O'rgimchak to'riga uchta sababga ko'ra yopishmaydi:

uning panjalaridagi ko'plab elastik tuklar yopishqoq spiral bilan aloqa qilish maydonini kamaytiradi;
o'rgimchak oyoqlarining uchlari yog'li suyuqlik bilan qoplangan;
harakat maxsus tarzda sodir bo'ladi.

Oyoqlar tuzilishining qanday siri araxnidlarga yopishib qolishdan saqlanishga yordam beradi? O'rgimchakning har bir oyog'ida uning yuzasiga yopishgan ikkita tayanch panjasi va bitta egiluvchan panjasi bor. Harakatlanayotganda iplarni oyoqdagi egiluvchan sochlarga bosadi. O'rgimchak panjasini ko'targanda, tirnoq to'g'rilanadi va tuklar to'rni qaytaradi.

Yana bir tushuntirish - araxnidning oyog'i va yopishqoq tomchilar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa yo'qligi. Ular oyoqning sochlariga tushadi, so'ngra osongina ipga qaytadi. Zoologlar qanday nazariyalarni ko'rib chiqmasinlar, o'rgimchaklar o'zlarining yopishqoq tuzoqlarining asiriga aylanmasliklari haqiqatdir.

Boshqa araxnidlar ham to'r to'qishi mumkin - Shomil va soxta chayonlar. Ammo ularning to'rlarini kuch va mohirlik bilan haqiqiy ustalar - o'rgimchaklarning asarlari bilan taqqoslab bo'lmaydi. Zamonaviy ilm-fan hali to'rni sintetik tarzda qayta ishlab chiqarishga qodir emas. O'rgimchak ipaklarini tayyorlash texnologiyasi tabiat sirlaridan biri bo'lib qolmoqda.

To'rning radial iplarini tashkil etuvchi ipak uning mustahkamligi va elastikligini belgilaydigan ikkita oqsildan iborat. Har bir protein turli xil xususiyatlarga ega uchta hududni o'z ichiga oladi. Birinchisi amorf (kristalli bo'lmagan) cho'ziluvchan matritsa hosil qiladi, bu ipakning elastikligini beradi. Hasharot to'rga urilganda, matritsa hasharot bilan to'qnashuvning kinetik energiyasini olish uchun kengayadi. Ipakning qattiqligi oqsillarning har birining amorf hududlariga o'rnatilgan ikki turdagi kristalli hududlar tomonidan beriladi. Bu sohalarning ikkalasi ham bir-biriga mahkam o'ralgan tuzilishga ega va cho'zish uchun mos emas, ulardan biri qattiq tuzilishga ega. Qattiqroq tuzilishga ega bo'lgan kristalli hududlar qattiq kristalli tuzilmalarni amorf matritsa bilan birga ushlab turadi, deb ishoniladi.
Tarmoqli ipning qalinligi faqat 0,1 inson sochining diametri, lekin bir xil og'irlikdagi po'lat simdan bir necha baravar kuchli. O'rgimchak odam filmida tarmoqning kuchi juda kam baholanadi.
Izoh Harvey Mudd kollejining biologi Uilyam K. Purvesdan keladi.

O'rgimchakning qorin bo'shlig'i 12 tonnaga kattalashgan. O'rgimchak to'ri ishlab chiqaradigan zavod.

Harakatlanuvchi naychalardan oqsil otilib chiqadi, u havoga chiqqandan so'ng qattiqlashadi va yuqori quvvatli ipni hosil qiladi.

Chapdagi rasmda Kevlar, o'ngda esa nanotuba - uglerod tolasi. Sinovlar kuchning uch baravar yaxshilanishini ko'rsatadi. Va bu faqat boshlanishi.

O'rgimchaklar Yerning eng qadimgi aholisiga tegishli: birinchi araxnidlarning izlari 340-450 million yil bo'lgan jinslarda topilgan. O'rgimchaklar dinozavrlardan taxminan 200-300 million yil va birinchi sutemizuvchilardan 400 million yildan ortiqroqdir. Tabiat nafaqat o'rgimchak turlarini ko'paytirishga (ularning 60 mingga yaqini ma'lum), balki bu sakkiz oyoqli yirtqichlarning ko'pchiligini ajoyib ov vositasi - o'rgimchak to'rlari bilan jihozlash uchun etarli vaqtga ega edi. To'rning namunasi nafaqat turli xil turlarda, balki ba'zi kimyoviy moddalar, masalan, portlovchi moddalar yoki giyohvand moddalar mavjudligida ham bitta o'rgimchakda ham farq qilishi mumkin. O'rgimchaklar hatto mikrogravitatsiyaning tarmoq naqshiga ta'sirini o'rganish uchun koinotga uchirilishi kerak edi. Biroq, eng ko'p sirlar tarmoq tarkibiga kirgan narsa bilan yashiringan.

To'r, bizning sochlarimiz, hayvonlarning sochlari, ipak qurti iplari kabi, asosan oqsillardan iborat. Ammo har bir o'rgimchak to'ridagi polipeptid zanjirlari bir-biriga shunday g'ayrioddiy tarzda bog'langanki, ular deyarli rekord kuchga ega bo'ldi. O'rgimchak tomonidan ishlab chiqarilgan bitta ip teng diametrli po'lat sim kabi mustahkamdir. Qalam qalinligidagi o‘rgimchak to‘ridan yasalgan arqon buldozerni, tankni va hatto Boeing 747 kabi kuchli Airbusni ham ushlab turishi mumkin edi. Ammo po'latning zichligi o'rgimchak to'ridan olti baravar ko'p.

Ipak iplarining mustahkamligi qanchalik baland ekanligi ma'lum. Klassik misol - 1881 yilda Arizona vrachining kuzatuvi. Ushbu shifokorning ko'z o'ngida otishma bo'lib o'tdi, unda otishmalardan biri halok bo'ldi. Ikkita o‘q ko‘kragiga tegib, to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘tib ketdi. Shu bilan birga, har bir yaraning orqasidan shoyi ro'mol bo'laklari chiqib ketdi. O'qlar kiyim-kechak, mushak va suyaklardan o'tdi, lekin ular duch kelgan ipakni yirtib tashlamadi.

Xo'sh, nima uchun mashinasozlikda po'lat konstruktsiyalar qo'llaniladi, ammo o'rgimchak to'riga o'xshash materialdan engilroq va elastikroq emas? Nima uchun ipak parashyutlar bir xil material bilan almashtirilmaydi? Javob oddiy: o'rgimchaklar har kuni osongina ishlab chiqaradigan materialni yasashga harakat qiling - bu ishlamaydi!

Butun dunyo olimlari uzoq vaqt davomida sakkiz oyoqli to'quv to'rining kimyoviy tarkibini o'rganishdi va bugungi kunda uning tuzilishining rasmi ko'proq yoki kamroq to'liq ochib berilgan. Tarmoq filamentida fibroin deb ataladigan oqsilning ichki yadrosi bor va bu yadro atrofida glikoprotein nanotolalarining konsentrik qatlamlari joylashgan. Fibroin to'r massasining taxminan 2/3 qismini tashkil qiladi (shuningdek, tabiiy ipak tolasi ham). Bu yopishqoq, siropli suyuqlik bo'lib, havoda polimerlanadi va qattiqlashadi.

Diametri bir necha nanometr bo'lishi mumkin bo'lgan glikoprotein tolalari fibroin filamentining o'qiga parallel bo'lishi yoki filament atrofida spirallarni hosil qilishi mumkin. Glikoproteinlar - tarkibida uglevodlar bo'lgan va molekulyar og'irligi 15 000 dan 1 000 000 amugacha bo'lgan murakkab oqsillar nafaqat o'rgimchaklarda, balki hayvonlar, o'simliklar va mikroorganizmlarning barcha to'qimalarida (qon plazmasidagi ba'zi oqsillar, mushak to'qimalari, hujayra membranalari va boshqalar) mavjud. .).

To'rning hosil bo'lishi jarayonida glikoprotein tolalari vodorod aloqalari, shuningdek CO va NH guruhlari orasidagi bog'lar tufayli o'zaro bog'lanadi va bog'larning muhim qismi araxnidlarning araxnoid bezlarida hosil bo'ladi. Glikoprotein molekulalari bir-biriga parallel ravishda joylashtirilgan novda shaklidagi bo'laklari bo'lgan suyuq kristallar hosil qilishi mumkin, bu strukturaga suyuqlik kabi oqim qobiliyatini saqlab, qattiq jismning mustahkamligini beradi.

Tarmoqning asosiy komponentlari eng oddiy aminokislotalardir: glitsin H 2 NCH 2 COOH va alanin CH 3 CHNH 2 COOH. Tarmoqda noorganik moddalar - kaliy vodorod fosfat va kaliy nitrat ham mavjud. Ularning vazifalari to'rni zamburug'lar va bakteriyalardan himoya qilish va, ehtimol, bezlarda ipning o'zi shakllanishi uchun sharoit yaratish uchun qisqartiriladi.

Internetning o'ziga xos xususiyati ekologik tozalikdir. U tabiiy muhit tomonidan oson so'rilgan moddalardan iborat va bu muhitga zarar etkazmaydi. Shu munosabat bilan, Internetda hali inson qo'li bilan yaratilgan analoglar mavjud emas.

O'rgimchak turli tuzilish va xususiyatlarga ega ettitagacha ipni ajrata oladi: ba'zilari "to'rlarni" ushlab turish uchun, boshqalari o'z harakati uchun, boshqalari signalizatsiya uchun va hokazo. Bu iplarning deyarli barchasi sanoatda va kundalik hayotda keng qo'llanilishi mumkin edi. keng ishlab chiqarishni yo'lga qo'yish imkoniyatiga ega. Biroq, ipak qurti kabi o'rgimchaklarni "o'rgatish" mumkin emas, o'ziga xos o'rgimchak fermalarini tashkil qilish mumkin emas: o'rgimchaklarning tajovuzkor odatlari va ularning fe'l-atvoridagi individual dehqonning xususiyatlari bunga yo'l qo'ymaydi. Va tarmoqdan atigi 1 m mato ishlab chiqarish uchun 400 dan ortiq o'rgimchak "ishlashi" kerak.

O'rgimchaklar tanasida sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarni takrorlash va tabiiy materialni nusxalash mumkinmi? Olimlar va muhandislar uzoq vaqtdan beri Kevlar - aramid tolasi texnologiyasini ishlab chiqdilar:

sanoat miqyosida olingan va to'rning xususiyatlariga yaqinlashadi. Kevlar tolalari o'rgimchak to'rlaridan besh baravar kuchsizroq, lekin baribir shunchalik kuchliki, ular engil o'q o'tkazmaydigan jiletlar, himoya dubulg'alari, qo'lqoplar, arqonlar va boshqalarni tayyorlash uchun ishlatiladi. Ammo Kevlar issiq sulfat kislota eritmalarida olinadi, o'rgimchak esa oddiy haroratga muhtoj. Kimyogarlar bunday sharoitlarga qanday yondashishni hali bilishmaydi.

Biroq, biokimyogarlar materialshunoslik muammosini hal qilishga yaqinlashdilar. Birinchidan, o'rgimchak genlari aniqlangan va shifrlangan, u yoki bu strukturaning iplarini shakllantirishni dasturlashtirgan. Bugungi kunda bu o'rgimchaklarning 14 turiga tegishli. Keyin bir nechta tadqiqot markazlarining amerikalik mutaxassislari (har bir guruh mustaqil ravishda) bu genlarni bakteriyalarga kiritib, eritmada to'g'ri oqsillarni olishga harakat qilishdi.

Kanadaning Nexia biotexnologiya firmasi olimlari sichqonlarga bunday genlarni kiritdilar, keyin echkilarga o'tdilar va echkilar to'r ipini hosil qiluvchi oqsil bilan sut bera boshladilar. 1999 yilning yozida ikkita afrikalik pigme echkilari, Piter va Vebster, sutida ushbu protein bo'lgan echkilarning avlodlarini ishlab chiqarish uchun genetik dasturlashtirilgan. Bu zot yaxshi, chunki nasl uch oyligida allaqachon kattalarga aylanadi. Kompaniya hali ham sutdan iplarni qanday yasash haqida sukut saqlamoqda, lekin o'zi yaratgan yangi material - "BioSteel" ("biosteel") nomini allaqachon ro'yxatdan o'tkazgan. "Science" jurnalida ("Nauka", 2002 yil, 295-jild, 427-bet) "bio-po'lat" xususiyatlari haqida maqola chop etilgan.

Gaterslebenlik nemis mutaxassislari boshqacha yo'l tutishdi: ular o'simliklarga o'rgimchakka o'xshash genlarni kiritdilar - kartoshka va tamaki. Ular asosan spidroindan (o'rgimchaklarning asosiy fibroini) tashkil topgan kartoshka ildizlari va tamaki barglarida 2% gacha eruvchan oqsillarni olishga muvaffaq bo'lishdi. Ishlab chiqarilgan spidroin miqdori sezilarli bo'lganda, birinchi navbatda undan tibbiy bandajlar tayyorlanadi, deb taxmin qilinadi.

Genetik jihatdan o'zgartirilgan echkilardan olingan sutni ta'mi bilan tabiiydan ajratib bo'lmaydi. Genetik jihatdan o'zgartirilgan kartoshka oddiy kartoshkaga o'xshaydi: printsipial jihatdan ularni qaynatish va qovurish ham mumkin.

Daraxt shoxlari orasiga yoki xonaning uzoq burchagidagi shift ostida osilgan o‘rgimchak to‘rlarini har kim osongina cho‘tkasi bilan olib tashlashi mumkin. Ammo kam odam biladiki, agar tarmoq diametri 1 mm bo'lsa, u taxminan 200 kg yukga bardosh bera oladi. Xuddi shu diametrli po'lat sim sezilarli darajada kamroq bardosh bera oladi: po'lat turiga qarab 30-100 kg. Nega Internet bunday ajoyib xususiyatlarga ega?

Ba'zi o'rgimchaklar har biri o'z maqsadiga ega bo'lgan ettitagacha ipni aylantiradi. Iplar nafaqat o'ljani tutish, balki pilla qurish va parashyutda sakrash uchun ham ishlatilishi mumkin (shamolda uchib, o'rgimchaklar to'satdan tahdiddan qochib qutulishi mumkin va yosh o'rgimchaklar shu tarzda yangi hududlarga joylashadi). Har bir turdagi to'r maxsus bezlar tomonidan ishlab chiqariladi.

O'ljani tutish uchun ishlatiladigan to'r bir necha turdagi iplardan iborat (1-rasm): ramka, radial, tutqich va yordamchi. Olimlarning eng katta qiziqishi tana go'shti ipidir: u ham yuqori kuchga, ham yuqori elastiklikka ega - bu o'ziga xos xususiyatlarning kombinatsiyasi. O'rgimchakning skeleti ipining uzilishida yakuniy stress Araneus diadematus 1,1–2,7 ni tashkil qiladi. Taqqoslash uchun: po'latning kuchlanish kuchi 0,4-1,5 GPa, inson sochi esa 0,25 GPa. Shu bilan birga, tana go'shti ipi 30-35% ga cho'zishga qodir va ko'pchilik metallar 10-20% dan ko'p bo'lmagan deformatsiyaga bardosh bera oladi.

Tasavvur qiling-a, uchuvchi hasharot cho'zilgan tarmoqqa uriladi. Bunday holda, tarmoqli ip cho'zilishi kerak, shunda uchuvchi hasharotning kinetik energiyasi issiqlikka aylanadi. Agar to'r olingan energiyani elastik deformatsiya energiyasi shaklida saqlagan bo'lsa, unda hasharotlar trambolindagi kabi to'rdan sakraydi. To'rning muhim xususiyati shundaki, u tez cho'zilish va keyingi qisqarish paytida juda katta miqdordagi issiqlikni chiqaradi: birlik hajmiga ajratilgan energiya 150 MJ / m 3 dan ortiq (po'latning chiqishi - 6 MJ / m 3). Bu tarmoqqa zarba energiyasini samarali ravishda yo'q qilishga va jabrlanuvchiga zarba berilganda juda ko'p cho'zilmasligiga imkon beradi. O'rgimchak to'rlari yoki shunga o'xshash xususiyatlarga ega polimerlar engil tana zirhlari uchun ideal materiallar bo'lishi mumkin.

Xalq tabobatida bunday retsept mavjud: yara yoki ishqalanishda qonni to'xtatish uchun siz hasharotlar va undagi mayda novdalardan ehtiyotkorlik bilan tozalab, tarmoqni yopishtirishingiz mumkin. Ma'lum bo'lishicha, to'r gemostatik ta'sirga ega va shikastlangan terining davolanishini tezlashtiradi. Jarrohlar va transplantologlar undan tikuv tikish, implantlarni mustahkamlash va hatto sun'iy organlarga tayyorgarlik sifatida foydalanishlari mumkin edi. Internet yordamida hozirgi vaqtda tibbiyotda qo'llaniladigan ko'plab materiallarning mexanik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilash mumkin.

Shunday qilib, veb g'ayrioddiy va juda istiqbolli materialdir. Uning ajoyib xususiyatlari uchun qanday molekulyar mexanizmlar javobgar?

Biz molekulalar nihoyatda kichik jismlar ekanligiga o'rganib qolganmiz. Biroq, bu har doim ham shunday emas: bizning atrofimizda polimerlar keng tarqalgan bo'lib, ular bir xil yoki o'xshash birliklardan tashkil topgan uzun molekulalarga ega. Tirik organizmning genetik ma'lumotlari uzoq DNK molekulalarida qayd etilishini hamma biladi. Hammaning qo‘lida uzun bir-biriga bog‘langan polietilen molekulalaridan yasalgan polietilen paketlar bor edi. Polimer molekulalari juda katta hajmga etishi mumkin.

Masalan, inson DNKsining bir molekulasining massasi taxminan 1,9·10 12 a.m.u. (ammo, bu suv molekulasining massasidan taxminan yuz milliard marta ko'p), har bir molekula bir necha santimetr uzunlikda va barcha inson DNK molekulalarining umumiy uzunligi 10 11 km ga etadi.

Tabiiy polimerlarning eng muhim sinfi oqsillar bo'lib, ular aminokislotalar deb ataladigan birliklardan iborat. Turli xil oqsillar tirik organizmlarda juda xilma-xil funktsiyalarni bajaradi: ular kimyoviy reaktsiyalarni boshqaradi, ular qurilish materiali sifatida, himoya qilish uchun ishlatiladi va hokazo.

To'rning skelet ipi ikkita oqsildan iborat bo'lib, ular spidroinlar 1 va 2 deb ataladi (inglizchadan. o'rgimchak- O'rgimchak). Spidroinlar massasi 120 000 dan 720 000 amu gacha bo'lgan uzun molekulalardir. Turli o'rgimchaklarda spidroinlarning aminokislotalar ketma-ketligi bir-biridan farq qilishi mumkin, ammo barcha spidroinlar umumiy xususiyatlarga ega. Agar siz uzun spidroin molekulasini aqliy ravishda to'g'ri chiziqqa cho'zsangiz va aminokislotalarning ketma-ketligiga qarasangiz, u bir-biriga o'xshash takrorlanuvchi bo'limlardan iborat ekanligi ma'lum bo'ladi (2-rasm). Molekulada ikki xil joy almashinadi: nisbatan hidrofil (suv molekulalari bilan aloqa qilishda energiya jihatidan foydali bo'lganlar) va nisbatan hidrofobik (suv bilan aloqa qilishdan saqlaydiganlar). Har bir molekulaning uchida ikkita takrorlanmaydigan gidrofil hudud mavjud, hidrofobik hududlar esa alanin deb ataladigan aminokislotalarning ko'p takrorlanishidan iborat.

Uzun molekula (masalan, oqsil, DNK, sintetik polimer) g'ijimlangan chigal arqon sifatida ifodalanishi mumkin. Uni cho'zish qiyin emas, chunki molekula ichidagi halqalarni nisbatan kam harakat bilan tekislash mumkin. Ba'zi polimerlar (masalan, kauchuk) dastlabki uzunligining 500% gacha cho'zilishi mumkin. Shunday qilib, to'rning (uzun molekulalardan iborat material) metallarga qaraganda ko'proq deformatsiya qilish qobiliyati ajablanarli emas.

Internetning kuchi qayerdan keladi?

Buni tushunish uchun ipni shakllantirish jarayonini kuzatish muhimdir. O'rgimchak bezining ichida spidroinlar konsentrlangan eritma sifatida to'planadi. Filament hosil bo'lganda, bu eritma bezdan tor kanal orqali chiqadi, bu molekulalarni cho'zish va ularni cho'zish yo'nalishi bo'yicha yo'naltirishga yordam beradi va tegishli kimyoviy o'zgarishlar molekulalarning bir-biriga yopishib qolishiga olib keladi. Alaninlardan tashkil topgan molekulalarning bo'laklari bir-biriga qo'shilib, kristalga o'xshash tartibli tuzilish hosil qiladi (3-rasm). Bunday strukturaning ichida bo'laklar bir-biriga parallel ravishda yig'iladi va bir-biri bilan vodorod aloqalari bilan bog'lanadi. Aynan shu qismlar bir-biriga bog'langan bo'lib, tolaning mustahkamligini ta'minlaydi. Molekulalarning bunday zich joylashgan hududlarining odatiy o'lchami bir necha nanometrdir. Ularning atrofida joylashgan gidrofilik joylar tasodifiy katlanmış bo'lib, g'ijimlangan arqonlarga o'xshaydi, ular tekislanadi va shu bilan to'rning cho'zilishini ta'minlaydi.

Ko'pgina kompozit materiallar, masalan, mustahkamlangan plastmassalar, karkas ipi bilan bir xil printsip asosida qurilgan: deformatsiyaga imkon beruvchi nisbatan yumshoq va harakatlanuvchi matritsada materialni mustahkam qiladigan kichik qattiq joylar mavjud. Materiallar bo'yicha olimlar bunday tizimlar bilan uzoq vaqt davomida ishlayotgan bo'lsa-da, inson tomonidan yaratilgan kompozitlar faqat o'z xususiyatlarida tarmoqqa yaqinlasha boshlaydi.

Qizig'i shundaki, to'r nam bo'lganda, u juda qisqaradi (bu hodisa superkontraksiya deb ataladi). Buning sababi shundaki, suv molekulalari tolaga kirib, tartibsiz gidrofil hududlarni yanada harakatchan qiladi. Agar tarmoq hasharotlardan cho'zilgan va osilgan bo'lsa, nam yoki yomg'irli kunda u qisqaradi va ayni paytda o'z shaklini tiklaydi.

Shuningdek, biz ipni shakllantirishning qiziqarli xususiyatini qayd etamiz. O'rgimchak to'rni o'z og'irligi ostida tortadi, ammo hosil bo'lgan to'r (ip diametri taxminan 1-10 mikron) odatda o'rgimchakning massasidan olti baravar ko'p massani ushlab turishi mumkin. Biroq, agar o'rgimchakning og'irligi uni sentrifugada aylantirish orqali oshirilsa, u qalinroq va bardoshli, ammo kamroq qattiq to'rni ajrata boshlaydi.

Internetdan foydalanish haqida gap ketganda, uni sanoat miqdorida qanday olish kerakligi haqida savol tug'iladi. Dunyoda "sog'ish" o'rgimchaklari uchun qurilmalar mavjud bo'lib, ular iplarni tortib, ularni maxsus g'altaklarga o'rashadi. Biroq, bu usul samarasiz: 500 g to'rni to'plash uchun 27 ming o'rta o'rgimchak kerak. Bu erda biomuhandislik yordamga keladi. Zamonaviy texnologiyalar turli xil tirik organizmlarga, masalan, bakteriyalar yoki xamirturushlarga veb-oqsillarni kodlovchi genlarni kiritish imkonini beradi. Ushbu genetik jihatdan o'zgartirilgan organizmlar sun'iy to'rlarning manbalariga aylanadi. Gen injeneriyasi natijasida olingan oqsillar rekombinant deb ataladi. E'tibor bering, odatda rekombinant spidroinlar tabiiylarga qaraganda ancha kichikroq, ammo molekula tuzilishi (hidrofil va hidrofobik hududlarning almashinuvi) o'zgarishsiz qoladi.

Sun'iy to'r o'z xususiyatlariga ko'ra tabiiydan kam bo'lmasligiga va bardoshli va ekologik toza material sifatida amaliy qo'llanilishini topishiga ishonch bor. Rossiyada turli institutlarning bir nechta ilmiy guruhlari birgalikda tarmoqning xususiyatlari bo'yicha tadqiqotlar olib borishadi. Rekombinant to'rni olish Davlat genetika va sanoat mikroorganizmlari seleksiyasi ilmiy-tadqiqot institutida amalga oshiriladi, oqsillarning fizik-kimyoviy xossalari Moskva davlat universiteti biologiya fakulteti bioinjeneriya kafedrasida o'rganiladi. M. V. Lomonosov, to'r oqsillaridan mahsulotlar Rossiya Fanlar akademiyasining Bioorganik kimyo institutida shakllantiriladi, ularning tibbiy qo'llanilishi Transplantologiya va sun'iy organlar institutida ko'rib chiqiladi.