Паучий шёлк прочнее стали: как пауки создают идеальный природный материал

Паучий шёлк — это не просто нить. Это сложная система из белков, которые самособираются в уникальную структуру. Основа паучьего шёлка — белки, содержащие повторяющиеся участки аминокислот. До прядения они хранятся в железах паука в виде гелеобразной жидкости. Но стоит начаться процессу — и молекулы вступают в «танец» под названием растяжение.

Новое исследование показало: ключ к прочности паутины, а точнее паучьего шёлка, — в растяжении. Когда паук вытягивает шёлк через прядильные бородавки, белковые цепочки меняют свою форму. До этого они собраны в компактные кластеры, похожие на клубки ниток.

Химическое строение паутины. 

После растяжения они выстраиваются в сеть с множеством водородных связей, которые работают как мини-замки. Эти связи распределяют нагрузку по всей нити, не позволяя ей порваться даже под весом, в десятки раз превышающим массу паука.

Если представить паутину толщиной с карандаш, она могла бы остановить летящий реактивный самолет! Правда, для этого понадобилось бы очень много пауков.

Почему паучий шёлк не используют массово: проблемы добычи и альтернативы

Пауки — не шелкопряды. Последние охотно поедают листья шелковицы и дают плотный шёлк, которого хватает на весь гардероб императоров. Пауки же — территориальные хищники, которые скорее съедят соседа, чем поделятся своей паутиной. Это делает массовый сбор шёлка практически невозможным.

Один известный эксперимент показал, что для получения метра ткани из паучьего шелка потребуется семь миллионов пауков. А еще их нужно как-то «доить», не повредив. Поэтому учёные ищут альтернативы:

• Генная инженерия: бактерии, растения и даже козы с встроенными генами пауков уже производят шёлковые белки.
• Синтетические аналоги: с помощью компьютерного моделирования создаются материалы, повторяющие структуру паучьего шёлка.
• 3D-печать: исследователи из MIT напечатали «искусственную паутину» на принтере, используя растворы белков.

Но пока ни один метод не достиг естественной прочности и гибкости оригинала.

Паучий шёлк будущего: от медицинских швов до космических тросов

Предлагаемый метод производства искусственной кожи из паучьего шёлка для помощи пациентам с ожогами.

Потенциал паучьего шёлка огромен. Учёные уже тестируют его для:

• Медицинских швов, которые не вызывают воспалений и растворяются в организме.
• Легких бронежилетов, способных останавливать пули без дискомфорта.
• Искусственных связок и сухожилий, повторяющих эластичность живых тканей.
• Космических тросов, которые будут удерживать спутники в орбитальной группировке.

Кстати, в Японии создали биопластик на основе паучьего шёлка, который разлагается в воде за месяц. Это может стать революцией в борьбе с пластиковыми отходами. Так что исследование шёлка пауков даёт плоды в разных направлениях.