Бронежилет з павутини

Павутина вважається одним з найміцніших і еластичних волокон в світі, а також вона має антисептичні властивості. Вже багато років вчені різних країн намагаються налагодити масове виробництво даного матеріалу, щоб виготовляти з нього бронежилети, одяг, бинти та інші необхідні речі. Але близькі вони до успіху в цій нелегкій справі? Павутина вважається одним з найміцніших і еластичних волокон в світі, а також вона має антисептичні властивості

Фото: AP

Американські вчені прийшли до висновку, що найміцніші бронежилети можна було б виготовити з павутини, яка володіє особливою міцністю і еластичністю. Крім того, експерти з Університету Каліфорнії, які присвятили вивченню свого предмета десятки років, вважають, що павуки виробляють настільки міцний шовковий матеріал, що виготовлені з нього кабелі за своїми якостями випереджали б аналогічні продукти з цінних металів.

Павутина, яка, до речі, в світі тварин зустрічається не тільки у павуків, а також у ряду комах, кліщів і багатоніжок, є унікальним винаходом природи. Її будова досить складно, хоча в загальних рисах його можна охарактеризувати наступним чином. Будь-яка павутинна нитка має внутрішнє ядро з білка (він називається спідроін, від англійського spider, тобто павук), званого фіброїном, і оточуючі це ядро концентричні шари глікопротеїдних (тобто, утворені з вуглеводів, прикріплених до білка) нановолокон.

Фиброин, який представляє собою в'язку, сиропообразную рідина, полімеризується і твердне на повітрі, становить приблизно дві третини маси павутини. Вченим вдалося з'ясувати, що особливо часто в білках фиброина зустрічаються дві амінокислоти: гліцин (Н2NCН2СООН) і аланін (СН3СHNН2CООН). Саме остання і робить павутину нитка Суперміцна.

Читайте також: Пентагон цікавить гібернація барібалу

Виявляється, коли кілька поліаланінових ділянок різних білків зближуються, то вони починають злипатися. Далі цей злиплий шматок згортається в суперспіраль, причому така структура з'єднує поліаланіновие ділянки різних білкових молекул надзвичайно міцно. Як кажуть хіміки, міцність такого волокна стає близька до теоретичної, тобто до міцності розриву хімічних зв'язків.

Було встановлено, що в павутині поліаланіновие ділянки з'єднуються один з одним не в одній точці, як кристали металу в залізній дроті, а "з перетином", тобто в тисячі точок одночасно. Розірвати таку зчеплення важче раз в двадцять, ніж мідний провід. Цікаво, що при такій міцній зчепленні павутинна нитка продовжує залишатися еластичною. А ось за це якраз відповідає інша "масова" амінокислота - гліцин.

А ось за це якраз відповідає інша масова амінокислота - гліцин

Фото: AP

Ділянки, де багато гліцину, формують щільний клубок, в який як би вмонтовані структури з поліаланіна. Якщо розтягнути цей клубок, його ентропія (тобто ступінь хаотичності) зменшиться, а вільна енергія - збільшиться. Але, як тільки напруга знімається, система повертається в стан з максимумом ентропії і мінімумом вільної енергії, тобто назад в клубок. Виходить, що еластичність павутини з фізичної точки зору має ту ж природу, що і еластичність гуми.

Крім білкової і вуглеводної складової, павутина містить ще й неорганічні речовини, наприклад, гідрофосфат і нітрат калію. Вважається, що вони є певним антибіотиком, що захищає павутину нитка від грибків і бактерій. Саме вони і забезпечують антисептичні властивості даної речовини, про які люди знали ще з кам'яного віку.

Так що, як бачите, павутина цілком могла б стати в нагоді людині. І не тільки для бронежилетів. Вчені вважають, що з неї вийшла б легка і зручна одяг, парашути, килими і перев'язувальні засоби. Проблема лише в тому, що отримувати її зараз досить складно. Ще б пак, адже, згідно з розрахунками арахнологов, для того щоб отримати всього один метр тканини з павутини потрібно "робота" понад 400 павуків!

Ці істоти ж, в свою чергу, як правило, терпіти не можуть один одного, тому утримувати їх разом досить складно. Саме тому спроба вперше організувати павукову ферму (це сталося ще 300 років тому, в XVIII столітті) зазнала невдачі. Павуки, любовно зібрані французьким ентомологом Бон де Сент-Ілі, просто з'їли один одного. І справа була не в тому, що закінчився корм, такий вже характер цих членистоногих.

Втім, далеко не всі з них такі мізантропи (або, точніше, мізарахни). Існують і громадські павуки, які живуть великими колоніями на одній широкій павутинної мережі. Такі, наприклад, Theridionnigroannulatum з Південної Америки (їх колонії містять кілька тисяч особин, а діаметр мережі може перевищувати п'ять метрів). До речі, в давнину з його павутини виготовляли тканини парагвайські і бразильські індіанці. Також цілком перспективно розведення в неволі африканського Stegodyphus mimosarum, чиї особи будують загальне мешковидное гніздо (до півтора метрів в довжину) і всі дружно полюють на його поверхні. Однак, як на зло, павутина у цих видів не дуже хорошої якості, вона еластична, але рветься легше, ніж у одиночних мисливців (вважається, що найякіснішу павутину плетуть представники роду Nephila, а вони-то якраз схильні до самотності).

Фото: AP

Крім того, існує і спосіб персональної "доїння" павуків. Для цього павука за лапки приклеюють до столу скотчем, після чого обережно видавлюють у нього з павутинних залоз шматочок павутинки. Його приліплюють до скляній паличці, яку потім вставляють в дриль і включають останню на маленьку швидкість. Через п'ять хвилин павук виявляється повністю видоєного. Як бачите, при такому способі павукам не потрібно безпосередньо контактувати один з одним, між доїння вони можуть існувати в персональних вольєрах. Однак вихід кінцевого продукту при такому способі отримання досить невеликий - виходить сверточек павутини вагою всього лише в кілька міліграмів.

Так що, як розумієте, містити павуків досить складно і дорого. Саме тому вчені останнім часом намагаються мобілізувати на виробництво павутини інших живих істот. Ще в кінці минулого століття був розшифрований ген білка павутини. З тих пір біологи намагаються вставити його в самих різних представників живої природи, від бактерій до кіз.

Здавалося б, найпростіше було б модифікувати бактерій, це легко з технічної точки зору і досить економічно, оскільки їх утримання обходиться недорого. Однак тут мікробіологи зіткнулися з однією несподіваною проблемою. Як ми пам'ятаємо, через присутність низки речовин в своєму складі павутина володіє антибактеріальними властивостями. Вийшло так, що через деякий час бактерії, що виробляють павутину, загинули від власного продукту. Крім того, було встановлено, що даний ген досить складний і громіздкий, тому бактерії прагнули позбутися від нього, що досить часто їм вдавалося.

Нещодавно канадські вчені спробували впровадити даний ген в клітки домашньої кози (Capra aegagrus hircus), для того щоб спідроін з'явився в молоці цієї тварини, звідки його можна буде легко витягти. Однак їх чекало розчарування - кількість даного білка в молоці виявилося незначним, ще менше, ніж його виходило при персональній доїння павуків.

Іншим шляхом пішли німецькі фахівці з Гатерслебена, а також вітчизняний молекулярний біолог Володимир Богуш, провідний співробітник лабораторії білкової інженерії ДержНДІ генетики. Ці дослідники ввели гени, подібні павуковим, в рослини - картопля і тютюн. Їм вдалося отримати в картопляних бульбах і тютюнових листках до двох відсотків розчинних білків, що складаються в основному з спідроіна. Однак, як показали подальші дослідження, введені гени не прижилися в рослинах і незабаром були вирізані з їх генома.

З огляду на невдалий попередній досвід, група Богуша вирішила спробувати впровадити ген спідроіна в мікроскопічні грибки дріжджі (Saccharomycetales). Тут ген прижився досить добре. Так що в даний час ці грибки є єдиною в світі "біофабрика" по виробництву штучної павутини.

Робиться така павутина наступним чином - спочатку нарощується біомаса, потім руйнуються клітини дріжджів, що містять спідроін. Далі цей білок екстрагується з отриманої суміші, після чого його виділяють в чистому вигляді, сушать і отримують субстанцію, чимось нагадує вату. Складність, однак, полягає в тому, що спрясть з неї нитку вже неможливо - адже фиброин на той час вже затвердів. А з грудки цієї "вати" ніякого бронежилета, ясна річ, не виготовиш.

Читайте також: Чому дятел до цих пір не збожеволів

Так що, як бачите, поки що ніхто не зміг придумати промислового способу отримання штучної павутини. Однак не виключено, що скоро це станеться. І тоді одяг з рослинних і синтетичних волокон можна буде відшукати, мабуть що, тільки в музеях. Як і кевларові бронежилети і бинти з марлі ...

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"

Але близькі вони до успіху в цій нелегкій справі?
20 лучших книг по саморазвитию личности
В книгах можно найти немало полезных знаний. Вы получаете опыт людей, которые уже разобрались – научились решать проблемы, налаживать отношения, сформулировали свои знания в доступной для всех заинтересованных

Избавление от психологических проблем и саморазвитие. Психологические техники.
Психологические техники – упражнения, которые нацелены на решение той или иной проблемы или для самосовершенствования и саморазвития.   Техника "Линия аксиом" Эта техника подойдет тем людям,

Саморазвитие - скачать бесплатно fb2, txt, читать онлайн
В течение всего пути развития человеческого общества, являясь инструментом для достижения многих целей, важнейшую роль выполняли деньги. Страны с разными культурными и религиозными ценностями, нравами

Рейтинг книг по психологии. Лучшие книги по психологии и саморазвитию
Как говорил Фредерик Перлз, известный психотерапевт и психиатр, желание измениться основывается на неудовлетворенности. Каждая попытка измениться или изменить свое окружение является следствием неудовлетворенности.

5 способов как стать лучше. Саморазвитие человека — Блог Personalitica
Хотите быть ”лучшей версией себя” и двигаться только вперед? Посещать выставки, лекции для саморазвития? Обучиться чему-то новому, развить память и внимание? Освоить графический дизайн или игру на

С чего начать саморазвитие? Одно полезное упражнение
Вы получите ответ на вопрос с чего начать саморазвитие , прочитав данную статью. Здесь я поделюсь с вами методикой, занятия которой будут занимать у вас всего лишь 40 минут в день. Эти занятия будут вашим

Топ-10 лучших книг по саморазвитию – Букля
Одна из ключевых потребностей современного человека – развитие. Мы постоянно стремимся стать лучше и образованнее, превзойти своих коллег и знакомых и уверенно движемся к вершине Олимпа. И если посещение

С чего начать саморазвитие? Список лучших книг по саморазвитию
Необходимость духовного и физического развития сомнений не вызывает. Воспитанием маленьких детей обеспокоены их родители. Человек постарше себя как личность выстраивает сам. Но как правильно организовать

С чего начать саморазвитие? Одно полезное упражнение — Пси-Фактор
Вы получите ответ на вопрос  с чего начать саморазвитие , прочитав данную статью. Здесь я поделюсь с вами методикой, занятия которой будут занимать у вас всего лишь 40 минут в день. Эти занятия будут

Дополнительное образование как источник саморазвития, самоопределения и самореализации личности
Дополнительное образование детей в Оренбуржье стало приоритетным направлением образовательной политики области, неотъемлемой частью учебно-воспитательного процесса всех типов образовательных учреждений,