Молекулярная структура защитила паутину от закручивания — Naked Science
Редакция

Молекулярная структура защитила паутину от закручивания

Международная группа физиков прояснила механизм, который предотвращает закручивание паутины при спуске паука.

giphy_1
©Wikipedia

Паутина представляет собой секрет, который после выделения из паутинных бородавок застывает в форме нитей толщиной несколько микрометров. Несмотря на это, последние обладают чрезвычайно высокой прочностью на разрыв — около 1,3 гигапаскаля, что сопоставимо с показателем железа. На молекулярном уровне это обеспечивается деформацией структуры белка, который формирует β-листы, скрепленные аморфными цепями. Помимо прочности паутина отличается другими свойствами, в частности теплопроводностью и натяжением — в спиралевидных нитях оно сохраняется благодаря сматыванию в расположенных на них каплях клейкой жидкости. Менее ясно, как нить сопротивляется скручиванию.

 

В отличие от паутины, например, металлическая нить с подвешенным на нее предметом начинает покачиваться даже в результате незначительного механического воздействия. В основе этого явления лежит действие упругих сил со стороны нити: после приведения в движение они стремятся восстановить баланс, сократив угол закручивания до нуля. Паутина же не только имеет память формы и выдерживает сравнительно высокое кручение до разрушения, но и в естественных условиях не демонстрирует его признаков. В моменты спуска на нити пауки не выглядят так, как должны при условии хаотичного кручения. При этом теоретически для такой деформации достаточно колебаний воздуха.

 

Экспериментальная установка с крутильным маятником / ©Dabiao Liu et al.,  Applied Physics Letters, 2017

 

Чтобы прояснить механизм, специалисты из Уханьского университета, Лондонского университета королевы Марии и других учреждений провели серию экспериментов. Для этого они использовали крутильный маятник — механическую систему с чрезвычайной чувствительностью (позволяет оценивать в том числе гравитационное взаимодействие). Авторы подвешивали груз к волосу, паутине, металлической или углеродной нити и, установив его в равновесии, поворачивали на заданный угол. Наблюдения показали, что нити из контрольных материалов начинали колебаться даже при углах закручивания в 250 градусов. Тогда как паутина уже на 20 градусах необратимо деформировалась.

 

После деформации нить из паутины продолжала колебаться вокруг нового положения равновесия — в результате амплитуда колебаний резко снижалась, рассеивая свыше 75 процентов энергии кручения. По мнению исследователей, эффект обусловлен структурой паутины. В момент закручивания упругая деформация возникает только в β-листах, при этом в связывающих их цепях такой деформации не происходит. Изменение их геометрии может объяснить рассеяние энергии и уменьшение колебаний. Одновременно β-листы поддерживают саму форму нитей. В будущем синтетические аналоги паутины могут использоваться, например, при проведении спасательных работ.

 

Подробности исследования представлены в журнале Applied Physics Letters.

 

Ранее ученые обнаружили, что паутина является первым природным материалом, фононную запрещенную зону в котором можно регулировать посредством натяжения.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: