Как пауки плетут паутину и не путаются в ней

Анатомия паутинного аппарата и биохимия шёлка

Шёлк вырабатывается специализированными железами в брюшке паука. В жидком виде это концентрированный белковый раствор, основу которого составляют спидроины. Белки богаты глицином, аланином и пролином, формирующими кристаллические бета-листы и аморфные спиральные зоны. Когда раствор проходит по выводным протокам к паутинным бородавкам, механическое натяжение и изменение кислотности среды меняют конформацию молекул, и жидкость необратимо превращается в твердую нить прямо на выходе в воздух.

У большинства кругопрядов функционирует до шести различных типов желез. Каждая производит шёлк со специфическими физико-химическими свойствами для строго определенных задач.

• Ампуловидные железы выделяют прочный структурный шёлк для радиальных лучей, рамы и страховочной нити.
• Жгутиковидные железы формируют эластичную основу спирали, способную растягиваться в три-четыре раза без разрыва.
• Агрегатные железы производят гликопротеиновый клей, который наносится микрокаплями поверх эластичной нити.
• Грушевидные железы создают крепежные диски, фиксирующие сеть к коре, камням или веткам.
• Трубчатые железы синтезируют плотный шёлк для формирования внешней оболочки яйцевого кокона.
• Ациниформные железы производят мягкую нить для пеленания добычи и выстилки убежища.

Геометрия и пошаговый процесс плетения сети

Строительство колесовидной паутины подчиняется строгой последовательности действий. Сначала паук выпускает по ветру тонкую нить из большой ампуловидной железы. Когда свободный конец цепляется за соседнюю ветку, паук натягивает его, многократно укрепляет дополнительными слоями шёлка и формирует мостовую нить. Затем он протягивает провисающую петлю, спускается из её центра на вертикальной нити вниз и закрепляет третью точку, создавая базовую фигуру в виде буквы Y.

От центра этой фигуры паук прокладывает радиальные лучи к внешней многоугольной раме. Число радиальных нитей обычно варьирует от двадцати до пятидесяти в зависимости от вида и массы паука. На радиальном каркасе нет ни единой капли клея, поэтому паук может свободно бегать по нему на максимальной скорости.

Закончив каркас, паук прокладывает временную спираль от центра к периферии. Эта спираль тоже полностью сухая. Она служит временным мостиком и задает шаг для чистовой ловчей сети. Затем строитель разворачивается и начинает двигаться от внешнего края к центру, накладывая плотную ловчую спираль из жгутиковидного шёлка, покрытого агрегатным клеем. По мере продвижения паук срезает челюстями временную сухую спираль и часто съедает её, утилизируя белок.

Механизмы защиты от прилипания к собственным нитям

Паук перемещается по паутине исключительно по сухим радиальным лучам. Его сенсорная система и тактильная память точно фиксируют расположение каркаса. Направление каждого шага выверено рецепторами на дистальных члениках лапок.

Даже если паук случайно задевает ловчую нить в пылу охоты, сцепления не происходит благодаря комплексу морфологических и химических факторов.

• Кончик лапки снабжен подвижным зубчатым коготком, который захватывает сухую радиальную нить без контакта с клеем.
• Поверхность тарзуса покрыта сотнями микроскопических разветвленных щетинок, сводящих площадь контакта с каплей клея к ничтожным величинам.
• Кутикула лапок покрыта гидрофобным маслянистым секретом, состоящим из смеси длинноцепочечных углеводородов и липидов.
• Особая биомеханика отрыва позволяет стряхивать случайную каплю клея скользящим движением до того, как гликопротеин полимеризуется.

Сравнение колесовидных и крибеллятных сетей

Не все паутины держат добычу за счет жидкого гликопротеинового клея. Крибеллятные пауки используют принципиально другой физический метод ловли. У них есть особый орган перед паутинными бородавками — крибеллюм, представляющий собой пластинку с тысячами крошечных пор.

Паук вычесывает нити специальным гребешком на четвертой паре лап — каламиструмом. В результате получается сложная пушистая пряжа из нановолокон диаметром около двадцати нанометров. Мелкие насекомые удерживаются в такой нити не клеем, а ван-дер-ваальсовыми силами межатомного взаимодействия и механическим запутыванием щетинок кутикулы. Сам крибеллятный паук не путается в ней благодаря гладкой структуре собственных коготков и полному отсутствию микрокрючков на лапках.