Все новости

Неизвестный белок сделал мадагаскарскую паутину прочнее кевлара в 10 раз. В нем оказалось мало аланина и много пролина

Американские и словенские биологи выяснили, что ловчие сети паука Дарвина превосходят по ударной вязкости кевлар благодаря ранее неизвестному белку, а также длине прядильных трубочек. Сеть становится прочнее и эластичнее благодаря аминокислоте пролину и тому, что по длинным трубочкам паутина выходит наружу дольше и потому успевает лучше кристаллизоваться.
Самка паука Дарвина (Caerostris darwini) в сети Matjaž Gregorič
Описание
Самка паука Дарвина (Caerostris darwini) в сети
© Matjaž Gregorič

Обитающий на Мадагаскаре паук Дарвина (Caerostris darwini) славится тем, что прядет невероятно прочные и большие ловчие сети. Сами пауки иногда достигают в длину 18 миллиметров, сети по площади могут быть до трех квадратных метров, а опорная нить — вытягиваться на 25 метров.

Площадь ловчих сетей паука Дарвина может достигать почти трех квадратных метров
Описание
Площадь ловчих сетей паука Дарвина может достигать почти трех квадратных метров

Пряжа эта уникальна еще по ударной вязкости, то есть способности поглощать механическую энергию при деформации. По этому показателю паутина Caerostris darwini превышает не только сети других пауков, но и кевлар, причем в 10 раз. В новой работе, опубликованной в журнале Communications Biology, ученые описали ген, который позволяет пауку Дарвина создавать один из самых прочных биологических материалов на планете.

Паук Дарвина поедает пойманную стрекозу
Описание
Паук Дарвина поедает пойманную стрекозу

Пауки выделяют паутину через прядильные трубочки. На воздухе она застывает и образует нити, которые состоят из белков спидроинов с добавлением разных аминокислот — глицина, аланина, пролина и других. Их соотношение определяет свойства нитей: растяжимость, прочность и так далее.

Ловчие сети пауков-кругопрядов (Araneidae), к которым относится и паук Дарвина, содержат в основном два вида спидроинов — MaSp1 и MaSp2. В предыдущих исследованиях ученые предположили, что необычные свойства паутины Caerostris darwini обусловлены еще одной, неизвестной разновидностью того же белка. Чтобы найти ее, авторы новой работы отсеквенировали гены, которые экспрессируют в паутинных железах пауков Дарвина, и действительно обнаружили несколько новых спидроинов.

Читайте также: Ученые сняли на видео, как паук стреляет собой в жертву. Это единственное животное, кроме человека, которое использует «орудия труда», чтобы усилить энергию своих мышц

Внимание ученых привлек один из них, MaSp4. Оказалось, что для него характерны несколько повторяющихся участков, в которых содержится много пролина и мало — аланина. Состав менее прочной паутины других видов кругопрядов иной: в них гораздо больше аланина (от 18 до 28% против 2,2-2,5% у пауков Дарвина), а пролина, соответственно, меньше (2—16% против 31-32%). Из предыдущих работ (1, 2) известно, что чем больше пролина в паутине, тем лучше она растягивается. Поэтому авторы делают вывод, что за выдающиеся свойства сетей пауков Дарвина отвечает именно эта аминокислота.

Чтобы проверить свой вывод, ученые посмотрели на то, как разные спидроины влияют на состав паутины. Для этого они проанализировали количество копий разных типов белков в паутинных железах одного из Caerostris darwini. Больше всего там оказалось спидроинов MaSp1a и MaSp2, однако MaSp4a тоже оказалось немало — около 11—16%. Ученые также подсчитали общее соотношение глицина, аланина и пролина в паутине пауков Дарвина, и их результат подтвердил выводы о роли последнего в уникальных свойствах этого биоматериала.

Еще одной причиной прочности ловчих сетей Caerostris darwini авторы работы называют необычное строение прядильных трубочек. Проходя через них, жидкая паутина посредством ионного обмена, обезвоживания и снижения pH твердеет и превращается в нить.

Строение паутинной железы и схема преобразования жидкой паутины в твердую и растяжимую нить
Описание
Строение паутинной железы и схема преобразования жидкой паутины в твердую и растяжимую нить

Прядильные трубочки пауков Дарвина в 1,5-1,8 раза длиннее, чем у их родственников — желтого садового паука (Argiope aurantia) или бананового паука (Trichonephila clavipes). Авторы работы считают, что благодаря такой особенности у паутины Caerostris darwini больше времени как на выравнивание своей структуры, так и на кристаллизацию, что повышает ее прочностные характеристики, не уменьшая при этом растяжимость. Впрочем, эти выводы ученых нужно будет проверить в дальнейших исследованиях.

В заключение авторы работы замечают, что их работа может быть полезна для создания новых сверхпрочных материалов на основе паутины.

 Наиль Фарукшин