Использовав современные методы исследования, такие как спектроскопия ядерного магнитного резонанса и электронная микроскопия, американские исследователи смогли, наконец, разобраться, как пауки из рода черных вдов (Latrodectus) соединяют белковые волокна в паутину высокой прочности.
Черные вдовы относятся к семейству пауков тенётников (Theridiidae) и насчитывают более тридцати видов, живущих как в Старом, так и в Новом Свете. Они получили свое названия из-за того, что после спаривания их самки обычно пожирают самцов. Наиболее известный представитель этого рода на территории бывшего СССР – среднеазиатский каракурт (Latrodectus tredecimguttatus). Паутина этих пауков обладает большой упругостью и прочностью, превосходящей прочность стали.
Ученые давно знали аминокислотную последовательность белка, из которого состоит эта паутина. Они также установили, что молекулы белка первоначально имеют вид наноразмерных амфифильных сферических мицелл – кластеров из водорастворимых и нерастворимых молекул, которые затем попадают в прядильный аппарат паука, где из них образуются нити. Однако воспроизвести это процесс искусственно, добившись паутины с такими же свойствами, не удавалось.
Специалист по материаловедению и биоинженерии Натан Джианнески (Nathan C. Gianneschi) из Северо-Западного университета говорит, что ученым недоставало знаний в наномасштабе о том, что происходит в паутинной железе и прядильных трубочках, через которые белки проходят во время образования из них нитей, а затем волокон паутины. Для выяснения этого группа из Северо-Западного университета объединилась с исследователями из Университета штата Калифорния в Сан-Диего, которых возглавляет биохимик Грегори Холланд (Gregory P. Holland), автор более сорока работ о паутине.
При помощи современных методов исследования ученые смогли проследить судьбу молекул в паутинной железе. Как оказалось, изначально они упакованы не в простые сферические мицеллы, а в образования сложной структуры с иерархическим внутренним устройством. Диаметр их составляет от 200 до 500 нанометров. Именно благодаря этому достигается уникальная структура нитей паутины у черных вдов.
По мнению ученых, если выявленный ими процесс удастся воспроизвести, практические применения полученного материала будут просто безграничными: от специальных тканей для военных, спортсменов и сотрудников служб быстрого реагирования, высокопрочных тросов и кабелей до экологически чистых пластмасс и биомедицинских материалов.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
