Членистоногие кудесники. Пауки

Опубликовано: 16 июля 2021 г.
Рубрики:

С детства и по сей день – до какого-то неконтролируемого страха и омерзения – не переношу пауков. Видеть их без содрогания не могу ни в натуре, ни на картинке. А если восьминогий зверь заявится ко мне в дом, в панике зову на помощь домочадцев. И это при том, что не боюсь ни змей, ни мышей, ни лягушек. (Я сейчас сама себе ставлю диагноз. Имя ему – арахнофобия. Единственное утешение, что страдает ею большая часть человечества.) По этой самой причине и в мыслях не было интересоваться жизнью паучьего отродья.

Но пара поразительных явлений, случайно попавшихся на глаза, произвела на меня настолько сильное впечатление, что, забыв про арахнофобию, я тут же схватилась «за перо». По сути не два явления, а одно, потому как они между собою напрямую связаны – это фантастические свойства нитей паука и его способность летать на огромные расстояния и на невероятной высоте.

Чтобы не быть голословной относительно нитей, спешу поделиться: Человек легко рвет паутину лишь потому, что каждая ее нить толщиной в 0,003 миллиметра. А если бы та же сеть была сплетена из нитей, толщиной всего в 1мм (с соответственно увеличенным размером), то ею можно было бы вместо мух ловить вертолеты. И второй: гипотетическое лассо, толщиной с карандаш, собранное из шелковых нитей пауков, «способно остановить Боинг-747, летящий на полной скорости». Каково? Но для начала всё равно позлословлю. 

Вся наша планета заселена миллиардами этих мини-чудовищ – подслеповатых (при восьми-то глазах), с 70 коленками или более того. У них ведь 12 конечностей, из которых 8 ходульные (то бишь ходильные), о семи члениках, а остальные недоразвитые (ногощупальца). И все растут прямо из головы (ладно, пусть из головогруди). Для органов чувств на голове, видимо, места уже не осталось. Поэтому сенсорные зрение, слух, обоняние, осязание и даже вкусовые рецепторы расположены на ногах, в их волосяном покрове. А еще – пауки готовят себе обед заранее, впрыскивая в жертву свои пищеварительные соки. Брр! 

Для иллюстрации постаралась выбрать самого симпатичного паука, волосатого.

 

Какое счастье, что они маленькие. А то, представьте, ползают по земле и деревьям не мини, а макси-чудовища (как в «Войне миров» или в «Гарри Поттере»), жрут кого попало и все оплетают паутиной! Не было б тогда у нас ни дорог, ни фривеев, ни парков – одна сплошная паутина. Собственно, и нас самих бы не было... Простите, это во мне писатель-фантаст-арахнофоб разгулялся. 

Похоже, не во мне одной. Суперзвезда скандальных реалити-шоу Ким Кардашян на Хэллоуин прошлого года, то есть в самый разгар пандемии, вот так украсила собственный дом, устроив своим 190 млн подписчиков виртуальный тур в Instagram: https://www.facebook.com/watch/?v=374035630408345 

Для полноты картины вся семья – сама Ким, ее муж и четверо детей, облачились в костюмы многоглазых тарантулов. https://youtu.be/kCXByUDY9dU

Гигантские пауки это страшно, но не реально. Однако и малые размеры им не помеха. Достаточно посмотреть видео, выложенное в 2018 году на YouTubе жителем греческого приморского города Айтолико (в 300 км от Афин), о том, что пауки натворили на их побережье, устроив из кустов, деревьев, травы, скал, дорожек, лестниц один сплошной кокон: https://www.youtube.com/watch?v=FdXtPMr3vj8&t=240s  

...или почитать журнал Science of Nature, где были опубликованы результаты биологических исследований с цифрами и аналогиями, доказывающие, что паук – самый страшный и прожорливый на свете зверь. Именно зверь, без кавычек, потому как он вовсе не насекомое, а животное, отряда членистоногих, хищное и агрессивное. 25 млн тонн общей биомассы популяции пауков ежегодно уничтожает от 400 до 800 млн тонн насекомых (не будем сейчас говорить о том, что нам это приносит только пользу), а также – себе подобных, мелких птиц, рептилий, млекопитающих. (Паукообразные-то разные бывают по размерам и пищевым предпочтениям. В сетях, например, гуляет видеосюжет, как паук нападает на мышь и разделывается с ней.) 

Для сравнения: ежегодный рацион всех морских птиц, вместе взятых, составляет около 70 млн тонн. Всё человечество потребляет за тот же период 400 млн тонн мяса и рыбы. И еще одна аналогия: Суммарная биомасса всей живущей на Земле популяции людей – 357 млн тонн. И выводы: «Таким образом, пауки могут съесть за год все человечество - и все равно останутся голодными». 

Ну вот, теперь можно перейти и к позитиву. Судя по тому, что паучий мозг занимает до 30% объема тела (без ног), пауки должны быть умнее, чем мы думаем, о чем наглядно свидетельствуют их хитроумные и изобретательные поступки. Пауки-муравьеды, к примеру, практически скопировавшие облик муравьев, вплоть до окраски, отличаются от них только лишней парой ног. Чтобы муравьеда приняли за своего и впустили в муравейник, он поднимает передние ноги и складывает их на манер муравьиных антенн. 

Сингапурский паук из подручных..., простите, подножных природных соринок и собственной паутины лепит свой «автопортрет»-муляж, обманывая тем самым охотящихся на него ос. Пока оса разберется, кто есть кто, паучок шмыг в укрытие, и был таков. Австралийский паук-гладиатор не ждет, когда добыча сама прибудет ему на обед, не сидит в засаде без дела. Он ткёт липкий квадратный сачок, используя с этой целью передние ноги как прялку, затем свешивается вместе с ним на нити вниз головой и набрасывает сачок на жертву. Ни убежать, ни улететь та уже не может. И таких выкрутасов множество.

В 2016 году, чтобы спастись от наводнения, миллионы пауков сплели единую паутину, длиной в несколько километров, ни к чему ее не прикрепив – ветер поднял гигантское покрывало вместе с пауками и забросил его на вершины деревьев. Там изобретательные твари и переждали разгул стихии:

 

Сам паук, его образ жизни, охоты и всё, что с ним связано – явление необычайно сложное, включая замысловатый процесс производства (именно производства) потомства. Поэтому не буду и пытаться объять необъятное. 

Бесконечный по своему многообразию класс паукообразных включает в себя порядка 42 000 видов. Есть пауки тяп-ляпщики, довольствующиеся беспорядочными, «неряшливыми» паутинами. Есть членистоногие айтишники, ткущие сложные ловчие сооружения в 3D измерении. Есть и такие, кто ничего не ткет, а доверяется в охоте, подобно настоящим хищникам мира животных, лишь быстроте собственных ног и острому зрению. (Оно у этого разряда как у людей.) Это jumping spiders (пауки-скакуны), lynx spiders (пауки-рыси) и wolf spiders (пауки-волки). 

Из 42 тысяч только 3 тысячи видов создают круглые ловчие сети – искусные, можно сказать, математически выверенные. Их называют пауками-кругопрядами. На кругопрядах и сконцентрировано внимание ученого мира. 

 

Исследователи его шелковой нити (на предмет ее применения человеком) для сравнения приводят такие цифры: предел прочности стали 0,4-1,5 ГПа, предел прочности каркасной нити паутины определенного вида пауков (из расчета на массу) – 1,1-2,7. Предел эластичности металлов 10-20%. Каркасной нити паутины – 30-35%. Звучит фантастически. Приводится еще целый ряд сравнений, и все они в пользу тончайшей паутинки, которую без подсветки или водяных капель даже не разглядеть. Добавим сюда, что паутина – самый теплопроводный органический материал на Земле, а при растяжении коэффициент ее теплопроводности возрастаёт. 

Таинство «кругоплетения» совершается в строго определенное время – с 2 до 5 утра, и ничто не заставит ни одного паука нарушить условия ритуала. Ученым удалось подглядеть, как это происходит, и даже заснять. Вот уникальная запись всего процесса в ускоренном темпе: https://www.youtube.com/watch?v=2WBln5lD42Y&t=2s 

В зависимости от вида и габаритов кругопряда, размеры паутины разные, но все они плетутся по одному, словно заложенному в их генах лекало: крепкая рама или каркас (та самая каркасная нить), радиальные линии, сходящиеся к центру, и широкая спираль – всё из нелипкого шелка, что позволяет хозяину паутины своболно перемещаться по ней. Коварная липкая ловчая спираль, последней вплетенная в паутину, предназначена для жертвы. Самая уникальная по своим свойствам – каркасная нить. Формируя тончайшие волокна, паук склеивает их коготками задних ног в одну, более толстую и прочную. Да еще и снабжает шарнирами. 

 

Есть там и якорные нити, прикрепляющие всё сооружение к опорам, и «страховочный трос» – на случай вынужденного бегства. Для каждой части паутины своя разновидность волокна. И каждая плетется по-разному. Не зря ведь у кругопряда на кончиках ног специальные приспособления – коготки-гребни и пяточные щётки. 

Вибрируя в широком диапазоне частот, паутина выполняет роль сенсорного информатора, сообщая сидящему в засаде хищнику необходимые ему сведения – о возникших повреждениях ловчей сети, об опасности, о том, когда и какая добыча угодила в ловушку и так далее. Если паутина повреждена, паук съедает ее, перерабатывает и ткет новую.

Всё «паук» да «паук», что не совсем правильно. Самцы-пауки, которые в несколько раз меньше самок, паутину вообще не ткут. Этот крест несет на себе только паучиха. И вот почему: в древнегреческой мифологии рассказывается про девушку-искусницу по имени Арахна, умевшую ткать великолепное полотно с сюжетными узорами лучше, как она утверждала, чем сама богиня Афина, покровительница ткацкого ремесла. Афина признала ее превосходство, но за дерзость обратила Арахну в паучиху, с напутствием: «Ты будешь вечно висеть и вечно ткать, и продлится это наказание и в твоём потомстве». 

С тех пор паука по-гречески величают арахной, науку о нем – арахнологией, а пауконенавистничество – арахнофобией. Но вернемся к творениям заколдованной паучихи, признанным инженерным чудом Природы. 

Брюшко кругопряда не зря сравнивают с «ткацкой фабрикой». Его паутинные железы вырабатывают жидкий секрет, в котором, как в водном растворе, пребывают в высокой концентрации очень длинные белковые молекулы спидроинов (от английского spider – паук), размером в несколько тысяч аминокислотных остатков каждая. Сколько желез у кругопряда, столько видов паутины он вырабатывает. 

Его «фабрика» снабжена целой системой многочисленных прядильных трубочек, имеющих выход через паутинные бородавки, расположенные снаружи, на конце брюшка, как нипели на покрышке. Это не просто трубочки, а настоящая химическая лаборатория. При прохождении через них белковые молекулы претерпевают множество структурных изменений. Оказавшись в воздушной среде, они выстраиваются в линию и, отдавая воду, частично кристаллизуются – белковое волокно сформировано.

Современные пауки используют до семи разновидностей нитей с разным их назначением. У их далеких предков желез было порядка 20 (а значит столько же вариантов нитей), о чем, в частности, поведала окаменевшая часть брюшка кругопряда, обнаруженная палеонтологами в ископаемом Девонском сланце палеозойской эры (418-360 млн лет назад).

Научные лаборатории и целые институты разных стран мира уже два десятка лет бьются над шарадой – как опытным путем создать искусственное волокно паука, сохранив все его уникальные свойства – но по сей день терпят фиаско. В частности, непонятно, как и за счет чего в железах паука вырабатывается жидкий секрет и за счет чего белковые молекулы затвердевают.

Размечтавшись, что будущее текстильной индустрии XXI века за белковым шелком, ученые исследовали наноструктуру самых прочных волокон паука Nephila (dragline), подключили генную инженерию и даже ядерный магнитный резонанс. 

 «Высокая упругость и прочность при растяжении натуральной паутины не имеют себе равных, хотя волокна производятся пауками из чистого белка», - говорит специалист по биоорганической химии, академик Хорст Кесслер, из Института передовых исследований в Мюнхене. (Его научная группа публикует достигнутые результаты в журнале Nature.) Так, на основе разработанной группой Кеслера компьютерной модели, ученые пришли к заключению, что секрет уникальных свойств самой паутины кроется в самоорганизующейся пространственной структуре волокон, известной как β-листы.  

Ученые и специалисты разных областей человеческой деятельности не оставляют попыток перенять мастерство членистоногих прядильщиков, использовать их биоволокно с уникальными свойствами или создать нечто подобное. В их числе медики, обычные хирурги и трансплантологи, электронщики, нанотехнологи, авиаконструкторы, космические инженеры-конструкторы, военные и пр. и пр.

Приспособить самих пауков работать на человека - как шелкопряд - не получится. Пауки – существа агрессивные. Собранные в одном месте, они начинают пожирать друг друга. Поскольку разводить пауков и открывать паучьи фермы или белковые фабрики – дело гиблое и бесперспективное, биотехнологи экспериментируют с их белками, формирующими шелковую нить, кодируют их и встраивают соответствующие гены в ДНК разных живых организмов – от бактерий до коз (чтобы потом из их молока выделить волшебные белки). Но все пока безрезультатно. Белки не желают самоорганизовываться и кристаллизоваться в волокно. 

Отдельные энтузиасты в разное время экспериментировали с паучьей продукцией. Одному удалось собрать так много паутины, что он связал из нее носки для короля. Другой умудрился сделать кусок паучьего полотна и сшить из него несколько галстуков. А японский учёный Osaki создал из «страховочных тросов» паука Nephila уникальнейшие струны для скрипки. Струна состояла из трех скрученных пучков dragline, по 3 000 в каждом. По мнению японских скрипачей-профессионалов, звучание скрипки получилось мягким и глубоким. 

Мы, наверняка, до конца не знаем всех свойств белковой продукции членистоногих ткачей. Но еще одно ее свойство, позволяющее паукам перемещаться в пространстве на огромные расстояния, меня лично буквально сразило. 

 

 Космические воздухоплаватели

 

 

Летающими пауками заинтересовался в свое время Чарльз Дарвин, после того, как в 30-х годах XIX века ему на голову вдруг дождем посыпались с неба сотни тысяч пауков. (Ох, не хотелось бы оказаться на его месте!) Корабль Его Величества «Бигль», на котором великий натуралист совершал кругосветное путешествие, в это время находился в 60 милях от берегов Аргентины. То есть со всех сторон его окружала вода.

Начиная с античных времен в литературе и прочих источниках фиксировались случаи дождей из пауков (и не только)… Поскольку объяснений этому феномену не было, он по сей день пребывает в числе паранормальных явлений. Так что Дарвин не был первым, кто столкнулся с подобной «чертовщиной». Но именно он впервые вплотную занялся изучением полетов пауков, попытавшись разобраться, какие силы помогают бескрылому существу перемещаться по воздуху. Дарвин заметил и описал в своих трудах, что пауки используют различную методику для того, чтобы взлететь. Одни выпускают позади себя единичную нить, другие – шлейф из нескольких нитей. Независимо от количества, нить – обязательный атрибут для старта. 

Конечно, проще всего было бы предположить, что их подхватывают воздушные потоки. Ведь ветер способен валить деревья, переворачивать машины, срывать крыши с домов. Что ему какая-то там крошечная букашка. Да только фокус в том, что пауки летают и при абсолютном штиле. Дарвин пришел к заключению, что тут замешано электричество. С ним не согласились и благополучно забыли про его догадки этак лет на двести. 

Уже в наши дни (точнее – лет 15 назад) ученые вернулись к этому феномену, названному арахнологами воздухоплаванием пауков. Выводы Чарльза Дарвина были подтверждены экспериментально. Шелковое волокно паука способно накапливать и рассеивать статическое электричество и магнитную энергию. Оно не спутывается, а парит в воздухе этаким веером. 

Английские биологи Эрика Морли и Дэниел Роберт, из Университета Бристоля, смоделировали электрические поля, подобные тем, что существуют в атмосфере Земли. При включенном поле паук отрывается от опоры и плавает в воздухе, но как только поле отключают, вертикально падает вниз. А те, что не успели взлететь, успокаиваются, вздыбленные волоски на их ногах ложатся на место.

Бристольские ученые не остановились на достигнутом – экспериментальным путем они подошли к осознанию, что летающие пауки используют, не больше не меньше, настроения космической погоды – атмосферные электрические поля Земли в период их возмущения от солнечной активности. (Что случается, когда возмущается электростатика, мы знаем хотя бы по собственным волосам.) 

Получается, что на пауков механически воздействуют силы природы? Ан, нет. Все не так просто. Пауки чувствуют заранее приближающийся шанс для полета (все органы чувств у них, как упоминалось, находятся в волосках ног – трихоботриях) и готовятся к нему, как мы готовимся к путешествию. 

В лаборатории они карабкались вверх по сымитированным из картона «ветвям», занимая позицию на самом краю. В дикой природе выбирают выступающий край листа или концы еловых иголок на вершине дерева, приняв весьма специфическую позу – головой вниз, брюшком вверх, держа наизготове свои «пушки» (паутинные бородавки), выстреливающие шелковыми нитями.

 

Один простой сельский житель поделился своими впечатлениями. Он много раз наблюдал, как с наступлением весны паучий молодняк взбирается на возвышенность – на изгородь, перила, столбики и, крепко вцепившись ногами в опору, выпускает длинную нить, закрепив ее конец на той же опоре. Затем задирает вверх брюшко и ждет. Когда нить вздыбится петлей «от ветра», как считает наблюдатель, паук перекусывает закрепленный конец. Нить вытягивается в воздухе, быстро увеличиваясь в длине до 2-3 метров. Паук больше не держится за опору. Он поджимает ноги к брюшку - и сотканная им шелковая нить уносит его в неведомые странствия.

Тот же человек наблюдал и обратное явление: как паучки падали с неба. Он видел длинные паучьи нити на полях, на заборах, на кустах и деревьях. «Паучков на них уже не найти, - говорит он, - воздушный корабль отслужил свою службу, и пассажиры давно его покинули.» Тот ли это молодняк, что весной отправился в путешествие? Конечно, нет. 

На удаленном от материка острове Робинзон-Крузо, что в архипелаге Хуан-Фернандес в Тихом океане, аргентинские биологи обнаружили три новых вида пауков-призраков, способных преодолевать воздушным путем огромные расстояния. Было доказано, что родина этих полупрозрачных созданий – леса Южной Америки.

Не далее, как этой весной, в Австралии выпал дождь из миллионов (!) пауков-мигрантов. Напуганные жители Гоулберна (Новый Южный Уэльс) решили, что настает конец света. И замелькали тревожные сообщения очевидцев в соцсетях. Вот одно из них: «Вся местность и мой дом покрыты маленькими черными пауками. Я посмотрел на Солнце и увидел множество нитей паутины, уходящих на пару сотен метров в небо». Да как же тут не запаниковать!  

Заинтригованные необычным явлением, ученые разных стран – Соединенных Штатов, Шотландии, Великобритании в частности, проводили многочисленные опыты с пауками и космической погодой – в лабораториях, обсерваториях, на природе, в разных временных масштабах, проверяли, как влияют на паучье воздухоплавание колебания солнечной активности по дням, месяцам и даже годам. Но к окончательному заключению так и не пришли. 

После нескольких лет, потраченных на такого рода исследования в Атмосферной обсерватории Университета Рединга в Великобритании, на вопрос, может ли космическая погода повлиять на характер миграции пауков-воздухоплавателей, ученые дали «исчерпывающий» ответ: «Это вполне возможно, но мы просто еще не знаем». 

Высказываются предположения, что в основе генетической потребности пауков в расселении через воздухоплавание лежит такое физическое явление, как градиент атмосферного потенциала – переменчивость напряжения электрического поля между Землей и ионосферой. Оно может составлять десятки вольт на метр – в тихую погоду, и увеличиваться в тысячи раз в грозу или туман. Деревья, обладающие высокой электропроводимостью, играют в этом процессе далеко не последнюю роль. Напряжение концентрируется на их вершинах, на кончиках игл или краях листьев. Вот почему умные пауки для старта выбирают именно такие места.

А взаимосвязь со средой, необходимую для полета, им как раз и обеспечивает шелковая нить. «Сложная белковая структура паучьего шелка, – объясняют ученые, – включает в себя несущие заряд аминокислоты, глутаминовую кислоту и аргинин, которые могут генерироваться в заряженное состояние в процессе плетения пауком паутины.»

Электрические поля в атмосфере, как нас учили еще в школе – часть глобальной электрической цепи. То есть электрические поля связывают Землю с верхним краем атмосферы – со Вселенной. Космические лучи ионизируют ее, создавая слабую проводимость. Грозы эту проводимость усиливают. Возникает разность зарядов между Землей (отрицательный) и ионосферой (положительно заряженной ионизированными молекулами), и электрические потоки, которые ощущают пауки.

Пауки живут и эволюционируют на нашей планете сотни миллионов лет. Глобальная электрическая цепь для них - родная стихия. Неудивительно, что они научились подключаться к ней. Мы тоже жители этой планеты, и тоже эволюционируем. Но почему-то не научились летать без помощи изобретенных нами (а не природой) летательных аппаратов. 

Так это или не так, а только факт остается фактом – пауки каким-то таинственным образом срываются с насиженных мест и, подхваченные неведомыми потоками, уплывают за тысячи километров. Скорее всего, именно благодаря своей летучести, они расселяются без преувеличения по всей планете, появляясь вдруг даже на только что образовавшихся, еще необитаемых вулканических островах. И наверное нужно признать, что полеты их стихийны, самими воздухоплавателями неуправляемы. Иначе зачем им, лесным жителям, подниматься на высоту в несколько километров над землей или лететь в насквозь промерзшую Антарктику, где они тут же массово погибают.

А если несущие паука потоки вдруг ослабнут и он, не долетев до суши, плюхнется в воду – не беда. Воздухоплаватель превратится в мореплавателя, смоделировав форму парусника из собственного тела и подняв над собой шелковый парус. Целый набор разнообразных поз, принимаемых пауками на воде, описали и продемонстрировали Морито Хаяси из японского Университета Мияги и его коллеги из Великобритании и Испании.

Вот такая она, сотканная крошечным малосимпатичным существом, шелковая нить, озадачивающая самые прогрессивные умы ученых разных стран мира.