Наука о пауках: Арахнология – Department of Entomology

Новый для науки вид паука обнаружил ученый АлтГУ в Алтайском крае — События — Новости — Наука и инновации

8 сентября 2022
Управление информации и медиакоммуникации

Ассистент кафедры зоологии и физиологии института биологии и биотехнологии Алтайского госуниверситета Александр Фомичев опубликовал очередную статью о пауках. На этот раз статья затрагивает пауков не отдалённых и труднодоступных горных регионов Центральной Азии, Дальнего Востока или Кавказа, а аранеофауну (фауну пауков) равнинной части Алтайского края.

Необходимо отметить, что фауна пауков Алтайского края изучена гораздо хуже, чем, например, фауна пауков соседней Республики Алтай. Как ни странно, особенно это справедливо в отношении равнинной его части. Такая ситуация возникла в связи с тем, что большинство экспедиций с целью исследования пауков (и других групп членистоногих) проводились в горной части Алтая, которая оценивалась как более интересная. Дело в том, что в Горном Алтае у некоторых групп пауков чрезвычайно сильно выражен узколокальный эндемизм, ряд видов встречается только на одном-двух горных хребтах. Изучать такие явления гораздо интереснее. Таким образом, равнинный Алтайский край на долгие годы оказался отвержен как менее интересный. Сведения о его аранеофауне (фауне пауков) содержались по сути, лишь в трёх работах выпускницы Алтайского государственного университета – Галины Николаевны Азаркиной (сейчас сотрудника Института систематики и экологии животных СО РАН).

В 2020 году началась эпидемия коронавируса и связанные с ней карантинные мероприятия, из-за которых экспедиции в более удалённые и интересные регионы, такие как страны Центральной Азии, оказались временно невозможны. Александр воспользовался образовавшимся перерывом между экспедициями и попытался заполнить имеющейся пробел в изучении фауны пауков Алтайского края. В мае 2020 года была предпринята полевая поездка по юго-западной части Алтайского края, то есть по Кулундинской степи и предгорьям гор Алтая. Выбор именно этой части края подсказала Красная книга Алтайского края, изданная в 2016 году. Согласно этому изданию, именно на юго-западе края концентрируются точки находок редких животных и растений, часто более типичных для Средней Азии, чем для Сибири.

В ходе поездки Фомичев собирал пауков в Суетском, Ключевском, Михайловском, Рубцовском, Локтевском и Краснощёковском районах. Были изучены разнообразные биотопы: солончаки, болота, реликтовые участки петрофитной степи. Игнорировались лишь агроценозы. Всего в ходе сравнительно коротких полевых работ было обнаружено 93 вида пауков из 18 семейств. Из них 33 вида впервые обнаружены на территории Алтайского края, 12 видов впервые найдены в Западной Сибири.

Один из видов оказался и вовсе новым для науки. Он был обнаружен в долине реки Кизиха, образующей красивый скальный каньон в Рубцовском районе. Этот паук относится к семейству пауков-волков (Lycosidae) – он не плетет ловчих сетей, его «кормят ноги». Новый вид достигает довольно крупных размеров – двух сантиметров в размахе ног. Этот паук-волк ведет скрытный ночной образ жизни, выползая ради охоты на стенки береговых обрывов в темное время суток.

Александр назвал этот новый вид Pardosa ogudovi – в честь своего школьного друга Сергея Огудова, филолога и ведущего исследователя Госфильмофонда России. Интересно отметить, что согласно морфологическим данным, ближайший родственник Пардозы Огудова обитает на далёком хребте Саур в Казахстане. Статья опубликована в журнале Acta biologica sibirica.

Обнаружение в Алтайском крае нового вида сравнительно крупных и заметных пауков ещё раз подчеркивает слабую изученность фауны этого региона и свидетельствует о перспективности его изучения. Всего на настоящий момент на территории края обнаружено более 300 видов этих хищных животных.

Версия для печати

Подписаться

поделиться

Подписка на рассылку новостей раздела

Наука и инновации

https://www. asu.ru/science/news/

Подписка добавлена

Вам отправлено письмо для подтверждения адреса.

Ошибка подписки

Сентябрь 2022

Коммуны миролюбивых пауков погибают быстрее, чем агрессивных • Алексей Опаев • Новости науки на «Элементах» • Экология, Биология, Арахнология

Самки американского паука Anelosimus studiosus живут коммунами по 2–200 особей. Каждая коммуна создает себе из паутины собственный мир — паутинный «риф», где живут не только представители данного вида, но еще до нескольких десятков видов других пауков — своего рода нахлебников. Когда пауков-нахлебников становится слишком много, коммуна погибает (обычно через несколько лет после ее возникновения). Интересная особенность паука — наличие в популяции генетически-обусловленных миролюбивых и агрессивных фенотипов — помогла ученым установить, что агрессивные коммуны, состоящие из агрессивных самок, существуют дольше. Всё потому, что критическая численность нахлебников достигается в этом случае медленнее.

Известно, что различные поведенческие особенности могут варьировать у представителей одного вида. Например, какие-то особи могут быть более агрессивны, а другие чаще выказывать миролюбие. Экологи (в отличие от этологов) длительное время игнорировали эту особенность, считая ее своего рода «шумом», мешающим выявлять искомые закономерности. Тем не менее в последнее время стали накапливаться данные, что такая внутривидовая изменчивость может быть важна и с точки зрения экологии и может влиять, например, на динамику расселения или межвидовые отношения. Но данных по этому поводу пока мало.

Группе ученых из Питтсбургского университета (США) удалось получить новые интересные данные о том, как внутривидовая изменчивость в поведении одного вида может влиять на динамику целого микросообщества. Их успех во многом связан с выбором объекта исследования. Они изучали американского паука Anelosimus studiosus (семейство пауков-тенётников Theridiidae), имеющего целый ряд необычных особенностей.

Это небольшой паук с длиной тела около 8 мм (рис. 2). Самки этого вида живут коммунами, включающими от 2 до 200 паучих. Они оплетают ветви деревьев и кустарников своей сетью, достигающей подчас внушительных размеров. Поэтому такое образование называют паутинным «рифом» (рис. 3). Самки группы кооперируют во всех повседневных делах — поддержании и надстройке своего жилища («рифа»), добыче пропитания и заботе о подрастающем поколении. Основывают коммуну одна или две самки. Впоследствии они размножаются, и число жильцов увеличивается: молодые самки в большинстве случаев остаются в коммуне (лишь некоторые эмигрируют и основывают новые коммуны). Про естественное поведение самцов известно существенно меньше — но в норме они покидают коммуну в молодости, а по достижении зрелости посещают готовых к спариванию самок.

Вторая особенность самок рассматриваемого вида состоит в наличии у них поведенческого полиморфизма: выделяются фенотипы миролюбивый и агрессивный. Показано, что различия между ними врожденны и наследуемы (S. Riechert, T. Jones, 2008. Phenotypic variation in the social behavior of the spider Anelosimus studiosus along a latitudinal gradient). В естественных коммунах доля любого фенотипа варьирует от 0 до 100%: то есть одни коммуны включают только миролюбивых самок, другие — только агрессивных, но в большинстве коммун в том или ином соотношении присутствуют оба фенотипа.

Третья интересная особенность состоит в том, что паутинные «рифы» Anelosimus studiosus могут рассматриваться как своего рода микросообщество. Дело в том, что здесь обитают до нескольких десятков видов других пауков. В некоторых случаях их общая численность даже превосходит таковую у вида-хозяина. Эти нахлебники используют «риф» по-разному. Одни, скорее, кооперируют с Anelosimus studiosus в добывании пищи, другие, напротив, воруют уже попавшуюся добычу, третьи устраивают здесь ясли для собственного потомства, а четвертые, наиболее крупные, при случае могут поохотиться и на самих хозяев. Но в целом все эти пауки эксплуатируют «риф» и так или иначе вредят самкам Anelosimus studiosus, поэтому их вполне можно называть нахлебниками. Более того, присутствие таких приживальщиков в итоге приводит к гибели паутинного «рифа».

Каждый «риф» существует несколько лет, максимально (по известным данным) — до семи. Постепенно увеличиваясь в размерах, он становится домом для всё большего и большего числа пауков-нахлебников. Когда их численность достигает некоего критического уровня, «риф» погибает. Все или большинство самок Anelosimus studiosus умирают, а нахлебники расползаются в разные стороны (J. Pruitt, 2013. A real-time eco-evolutionary dead-end strategy is mediated by the traits of lineage progenitors and interactions with colony invaders). В какой-то степени это напоминает взаимоотношения в системе паразит–хозяин: при увеличении разнообразия и численности паразитов вероятность умереть для хозяина возрастает.

Ранее было показано, что самки агрессивного фенотипа чаще преследуют пауков других видов (J. Pruitt, M. Ferrari, 2011. Intraspecific traits variants determine the nature of interspecific interactions in a habitat-forming species). Поэтому авторы исследования решили выяснить, как фенотип самок-основательниц влияет на продолжительность жизни коммуны.

Молодых пауков Anelosimus studiosus собирали в природе, в штате Теннесси (США), в 2007 году и переносили в лабораторию. После достижения половой зрелости пауков тестировали для определения их фенотипа. Далее в искусственных условиях самок спаривали с самцами того же самого фенотипа. А затем, используя оплодотворенных самок, формировали коммуны. Каждая такая коммуна сначала содержалась в лаборатории, а потом переносилась в природу. Коммуны были двух типов: одни (n = 15) были основаны двумя миролюбивыми самками, а другие (n = 15) — двумя агрессивными. В природе за коммунами наблюдали в течение 7 лет — пока не прекратила свое существования последняя из них.

Пауки данного вида сменяют одно или, возможно, два поколения в год. Таким образом, состав самок в данной коммуне постоянно обновлялся. Специальные тесты показали, что и по прошествии трех и шести лет, так же как и в начале эксперимента, можно было выделить миролюбивые и агрессивные коммуны. Например, в агрессивных коммунах (основанных агрессивными самками) на шестой год исследования 83±9% самок принадлежали к агрессивному фенотипу.

Основные данные, полученные учеными за 7 лет наблюдений, представлены на рис. 4. Прежде всего, видно, что коммуны, основанные агрессивными самками (агрессивные коммуны) существовали примерно в два раза дольше, чем коммуны миролюбивые: последние прекратили свое существование к 2010 году, а часть агрессивных дожила до 2013 года.

На рис. 4 приведены значения трех экологических показателей, описывающих сообщество пауков-нахлебников, обитающих в паутинных «рифах». Это (1) таксономическое разнообразие, (2) индекс Шеннона (см. Shannon index, а также Мера разнообразия) и (3) индекс доминирования Симпсона (см. Simpson index). Они характеризуют сообщество с разных точек зрения. Выявленные тенденции таковы. С увеличением возраста коммуны (и, соответственно, размера паутинного «рифа») (1) увеличивается таксономическое разнообразие других видов пауков, (2) выравниваются относительные численности разных видов (что видно по увеличению индекса Шеннона и уменьшению индекса доминирования Симпсона). Когда значения этих показателей достигают некоего критического значения, коммуна прекращает свое существование. И, как видно из рис. 4, миролюбивые коммуны таких критических значений достигают в два раза быстрее. А всё потому, что самки миролюбивого фенотипа не только менее агрессивны, но вообще более пассивны («ленивы») и мало препятствуют заселению их «рифа» разнообразными нахлебниками.

Таким образом, описанное сообщество пауков можно уподобить организму, который рождается, развивается, стареет и умирает. Если говорить о пауках, в коммунах миролюбивых самок эти процессе сменяют друг друга быстрее и более скоротечны, что приводит к меньшей продолжительности жизни таких сообществ.

Источник: Jonathan N. Pruitt and Andreas P. Modlmeier. Animal personality in a foundation species drives community divergence and collapse in the wild // Journal of Animal Ecology. 2015. V. 84. P. 1461–1468.

См. также:
Групповой отбор помогает социальным паукам адаптироваться к местным условиям, «Элементы», 07.10.2014.

Алексей Опаев

Овечки, котики и волки — одновременно пауки

Ученые Института систематики и экологии животных СО РАН описывают не только сибирских пауков — в их поле зрения попадают даже африканские роды и виды. По предварительным оценкам, пауки-скакунчики африканского континента изучены всего на 40 %, и скорость описания новых таксонов гораздо ниже, чем скорость их вымирания. Рассмотрим, какими бывают эти пауки.

Паук-овечка Oviballus vidae, самка

«В 2020 году у нас с коллегой из Южной Африки вышла большая статья в журнале Zootaxa об интересных пауках, которые мимикрируют под разных животных. Некоторые из них похожи на жуков, другие — на вредителей сельского хозяйства трипсов, третьи — на ложноскорпионов. Один из пауков, род и вид которого мы описали в этой статье, называется Oviballus vidae. Ovis — это, по латыни, овечка, а ballus — название рода пауков-скакунчиков, к которому близок описанный род. Этот паук получил всемирную известность в интернете. Мы назвали его в честь фотографа из Южной Африки, которая специализируется на пауках-скакунчиках — Vida van der Walt», — рассказывает старший научный сотрудник ИСЭЖ СО РАН кандидат биологических наук Галина Николаевна Азаркина.

Этот паук был открыт по материалам из музейных коллекций. Уже позже одна женщина из Южной Африки поделилась с учеными фотографиями и видео, на которых они опознали «своего» паука.

Чаще всего пауков описывают по музейным коллекциям. «Мою коллегу как-то спросили: а где живут ваши пауки? И она ответила: в музеях. Я же, когда впервые увидела живого, а не в спирте, паука, его даже не узнала», — рассказывает Галина Азаркина.

Похоже, паук-овечка маскируется под щитовок — насекомых, покрытых воском. «Это интересный механизм, когда не очень хорошо защищенный организм мимикрирует под хорошо защищенный. В данном случае у паука две выгоды. Во-первых, потенциальные хищники принимают его за щитовку, которая, похоже, не очень вкусная и защищена слоем воска, во-вторых, съедобные насекомые, наоборот, без страха садятся рядом с “щитовками”, не подозревая, что это паук, и тем самым облегчая охоту», — объясняет Галина Азаркина.

 Паук-ложноскорпион Afromarengo coriacea

Другие пауки, о которых шла речь в статье,  похожи на ложноскорпионов. Ученые описали два новых вида уже известного рода Afromarengo. 

«Эти маленькие пауки, покрытые чешуйками, которые красиво переливаются на свету, похожи на скорпионов, но совершенно неопасны. Они живут на поверхности почвы, на небольших кустарниках и траве», — рассказывает Галина Азаркина.

По словам исследовательницы, степень изученности пауков-скакунчиков африканского континента составляет порядка 40 %. «Сейчас в дискуссиях активно поднимается проблема, что скорость описания новых таксонов гораздо ниже, чем скорость их вымирания», — отмечает она. 

Когда ученый выделяет новый род или вид, ему выпадает честь дать ему название. Ограничений здесь нет, главное, чтобы наименование было латинизировано. Кто-то нарекает свое открытие именем какой-нибудь знаменитости, но, как правило, название дают в честь коллеги, по месту обнаружения или по особенности животного.

Во-первых, паков-скакунчиков не так-то просто поймать и даже увидеть. Многие из них живут в кронах деревьев. Чтобы достать их оттуда, в одной из экспедиций по Южной Африке окуривали кроны специальным мощным аппаратом, а потом собирали всё, что падало, на расстеленные под стволами белые простыни. Обитающих в траве пауков собирают с помощью кошения сачком. Также применяются почвенные ловушки — сейчас для этого используются пластиковые стаканы с фиксатором (для пауков часто используют разведенный антифриз), которые закапываются вровень с землей. Кроме того, есть специальное приспособление, сифтер, состоящее из нескольких сит, через них просеиваются мелкие пауки. Ну и, конечно же, практикуется ручной сбор с деревьев, травы, земли. Обиваются кусты (некоторые ученые раскладывают под ними белый зонтик или специальное белое полотно, закрепленное на рейках).

Проблема этой области наук и в том, что классическая описательная морфология, систематика животных — сейчас не самое популярное направление исследований. Большинство грантов выделяются на работы с молекулярной и генетической составляющей.

 Паук-котик Aelurillus m-nigrum, самка

«Мой самый главный научный интерес — пауки-котики из подтрибы Aelurillini. Многие из них выглядят, как коты: у них полосатая расчленяющая окраска, позволяющая им хорошо прятаться в окружающей среде, есть полоски, идущие от глаз к бокам головогруди. Если посмотришь в “лицо” такому пауку-скакунчику, то оно напоминает мордочку кошки. Кроме того, они имеют похожее на кошачье охотничье поведение — подкрадываются к жертве (разве что хвостиком не виляют), а потом резко на нее прыгают», — рассказывает Галина Азаркина.

Пауки-котики живут на поверхности земли и бродят, выслеживая добычу. Они не плетут охотничью сеть, но тянут за собой сигнальную нить, которая помогает им подняться, если они вдруг неожиданно упали, например, в какую-нибудь яму. 

Так же, как коты, пауки-скакунчики могут охотиться за лазерной указкой.

Пауки-скакунчики имеют очень хорошее зрение. Если их собратья, плетущие паутину, различают по большей части лишь движение света и тени, то эти охотники способны засечь шевеление на расстоянии до трех метров. Еда ли это, на которую нужно прыгать, или хищник, от которого следует убегать, они понимают уже на расстоянии 30 сантиметров. Для создания размером 5—8 миллиметров — очень хорошее зрение.

Интересно и их брачное поведение — пауки-скакунчики танцуют перед самкой. У каждого вида свой танец, со своими строго регламентированными движениями. Если в танце самец помашет лапкой три раза, когда надо два, то самка может и отказать ему, к чему эти излишества? Отказ нередко оборачивается тем, что дама съедает неудачливого ухажера.  

 Паук-волк Halocosa

Другие бродячие охотники — пауки-волки. Галине Азаркиной с коллегой удалось описать их новый род Halocosa. Эти пауки живут на песчаных, глинисто-песчаных почвах, по берегам соленых озер и морей, роют норки. Имеют окраску, помогающую им скрываться в песке от хищников и успешно охотиться. В Новосибирской области они живут лишь в Троцкой степи — это самая северная точка их ареала, также их можно встретить на Кавказе, в Причерноморье, Туркмении и Казахстане.

Сейчас Галина Азаркина описывает несколько новых родов и видов, также почти готов к выходу список пауков Алтайского края (список пауков Новосибирской области был опубликован в 2018 году).

Диана Хомякова

Фото Виды фан дер Валт (1,2) и Галины Азаркиной (3,4)
 

Про ядовитых пауков / Наука / Гайды / Кому на Волге

Вместе с главным зоотехником Самарского зоопарка рассказываем про удивительный животный мир, который часто остается незаметным большинству людей. Сегодня речь пойдёт о пауках. В короткую экспедицию в Сокольи горы мы отправились за одним очень интересным пауком. Это паук-атипус. Он ядовит и ловит добычу с помощью ловчих трубок. Искать его будем на горе Тип-Тяв вместе со специалистом — арахнологом Евгением Белослудцевым, который проведёт короткий экскурс в мир пауков Самарской области.

Евгений Белослудцев

работает в Зоологическом музее имени Флорова. Занимается экспозицией, проводит экскурсии. Это, если говорить в супергеройской риторике, — будни, город,
обычная жизнь. А как человек со сверхспособностями Евгений проявляет себя на природе. Последнее десятилетие именно он отвечает за изучение пауков в регионе. Арахнолог уверяет, что членистоногие — это не «Толя, убей его немедленно!», а очень милые животные,которые заслуживают охраны.

У пауков восемь ног и зачастую столько же глаз. Почти все могут делать паутину, но не все плетут ловчие сети. Некоторые предпочитают охотиться без подобных «гаджетов», например, пауки-волки. Самые известные пауки — крестовики. Кстати, первое описанное для современной науки животное, которому дали научное название (род и вид), — именно аранеус ангулятус, или крестовик угловатый. Все пауки ядовиты, но большинство из них не опасны для человека, так как не могут прокусить нашу кожу или имеют слабую «химию», рассчитанную на умерщвление насекомых. Самка может съесть самца, что часто и делает. Пауков разделяют на разные группы по расположению глаз. Определить их вид непросто. Чтобы узнать, кто перед вами, часто недостаточно просто посмотреть на внешность. Ученым приходится вооружаться микроскопом и через него рассматривать отличия в строении этих членистоногих. Самый крупный паук в нашей области — тарантул южнорусский, самый мелкий — агинета сааристо. Всего же у нас найдено 485 видов. Каждый интересен по-своему, а один из самых необычных скоро предстанет перед нами. 

Паук-атипус сильно отличается от других европейских собратьев. Даже в его названии отражена эта нестандартность: атипичный, не такой, как назвали его ученые. Что же в нем такого особенного? Хелицеры (так называют челюсти пауков) атипуса направлены не вбок, а вниз, параллельно друг другу, как у тропических птицеедов (эволюционно примитивных пауков). Челюсти эти очень крупные. Легких у атипусов не одна пара, а две (как у первых древних пауков). Паук этот колониальный (до 100 особей в колонии). Самка всю жизнь (длинную, по паучьим меркам, до 6-8 лет) проводит в трубке, уходящей глубоко под землю.

В нашей области встречается атипус стенной. Вид этот предпочитает отвесные, затененные участки, часто остепненные. Самцы летом бродяжничают, ищут подруг, которые сидят в своих ловчих подземных трубках. Для некоторых видов пауков характерно поедание самца самкой. Он помельче, она покрупнее, да еще и нуждается в белке для образования яиц. Да, ей надо загружаться протеинами, культуристы должны проникнуться пониманием. Но у атипусов самка не поедает самца, а даже может жить с ним в одной ловчей трубке аж до следующего лета, до естественной смерти любимого. Таковы особенности их семейной жизни. Различить «супругов» несложно: самец обычно темно-коричневого цвета, самка — более светлая, красноватая.

В прошлом году сотрудники Самарского зоопарка уже выезжали на гору Тип-Тяв на поиски этого паука. В первом рейде удалось найти лишь ловчие трубки. Это глубокие норки (50-90 сантиметров), вырытые самками. Ко входу в норку, на поверхности земли, животное прикрепляет ловчую трубку из паутины, «отштукатуренной» под окружающий фон. Стоит добыче зазеваться, находясь на такой трубке, как паук выскакивает из норки, рвет паутину под добычей и затаскивает ее внутрь. Образовавшуюся дыру ремонтирует. На одном квадратном метре «охотугодий» можно насчитать до восьми ловчих трубок. 

Чтобы сфотографировать самок стенного атипуса, придется выманивать их из трубок. «Рыбачить» будем на живца — клопа-солдатика. Процесс небыстрый, как и любому рыбаку, нам надо запастись терпением. Важную роль играет погода: в дождь ловчие трубки намокают, а пауки отсиживаются под землей. Но погода стояла хорошая, должно повезти. Вот трубка зашевелилась, и паук начал затаскивать добычу в норку. Перекрываем трубку с двух сторон и бережно извлекаем паука. Попалась крупная самка. Сделав много макропортретов, отпускаем ее. Повторять «смертельный номер» не советуем: укус атипуса опасен для человека. А сам паук, кроме своего яда, обрел защиту в виде решения биологов внести его в Красную книгу Самарской области.

Евгений Белослудцев рассказал и о других опасных для человека пауках, обитающих в наших краях. Возглавляют рейтинг желтосумные. Самцы в поисках самок заходят в жилища людей. Часто дело бывает ночью, и спящий человек машинально смахивает ползущего по нему паука. За этим следует укус, повышение температуры, сильная боль, лечение в стационаре. 

Также к опасным видам пауков можно отнести тарантула, крупных крестовиков, водяных пауков-доломедесов и серебрянку, а также родственников каракурта — стеатод, особенно стеатоду Пайкулля. А вот самого каракурта в нашей области не видели с середины прошлого века. Да, порой ядовитость пауков делает их опасными для человека. Но не обязательно давить каждого восьминога, достаточно просто не трогать животное. Они не кусают просто так, из любви к искусству. И как добыча мы пауков совершенно не интересуем — крупноваты.

Фото: Александр Кузовенко

Поделиться

Александр Кузовенко

Спасительные нити паука — ЭкспертРУ

«Заживляющий материал на основе паутины создали петербургские ученые» — этим летом подобные заголовки появились в информагентствах и СМИ, среди новостей о достижениях российской науки эта стала одной из самых популярных. В ней, конечно, есть элемент понятного для медиа парадокса — страшные пауки и чудесное исцеление. Но кроме того, как оказалось, это и в самом деле интересная с научной точки зрения работа, к тому же ее ключевой автор — совсем молодая исследовательница, магистрантка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева.

Статья по теме:

«Ростех» построит в Сургуте центр высоких биомедицинских технологий

Новый материал в научной лаборатории SCAMT при Университете ИТМО (ранее — Ленинградский институт точной механики и оптики) создан на основе технического задания на подкожные медицинские швы нового поколения. В задачу входило найти материал, который способствует заживлению ран, приспособлен для визуализации биологических процессов в удобном для работы спектре. При этом, конечно, материал должен был быть нетоксичным, биосовместимым, а также соответствующим стандартам «зеленой» химии. И эта задача была решена — пока в лабораторных тестах, впереди тестирование на живых организмах. Разработка, как считают ее авторы, поможет отслеживать бактериальное заражение и предупредить осложнения после хирургической операции. Кроме того, работа расширяет поле исследования и применения композитов на основе биоматериалов.

О практических перспективах нового материала, об атмосфере в российской науке и условиях для молодых ученых мы поговорили с автором исследования Елизаветой Мальцевой.

Углеродные точки — это сравнительно новый класс наноматериалов в виде маленьких сфер диаметром в несколько нанометров. Они обладают флуоресцентными свойствами: проще говоря, светятся при поглощении энергии и сохраняют эту способность очень долго

Паутина и наноточки

— Почему именно пауки и наноматериалы?

— Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. По прочности и совместимости с биоматериалами она выигрывает даже у широко используемых коконов шелкопрядов, хотя мы знаем о ней немного. Что касается пауков из нашего исследования, то они принадлежит к норному виду Linothele fallax. Причем те плетут не обычную радиальную домовую паутину, а шелковое полотно, которое удобно собирать в больших количествах. Из его соединения с наночастицами получаются и впоследствии тестируются гибридные материалы с новыми свойствами. В нашем случае для создания подкожных медицинских швов мы совместили паутину и углеродные точки.

— А что это такое?

— Углеродные точки — это сравнительно новый класс наноматериалов в виде маленьких сфер диаметром в несколько нанометров. Они обладают флуоресцентными свойствами: проще говоря, светятся при поглощении энергии, в данном случае света с определенной длиной, и сохраняют эту способность очень долго. Так, у нас они становятся красными под воздействием синего света. Их также очень легко синтезировать при помощи нагревания: одной стадии достаточно, чтобы получить нужный материал. Углеродные точки без проблем совмещаются с биоматериалами, нетоксичны для организма человека и постепенно выводятся из него. Поэтому они широко применяются в разных сферах — в биовизуализации, анализе и изменении скорости химических реакций, энергосбережении, точечной доставке лекарственного вещества в организм и в электронике.

— Как выглядит гибрид углеродных точек и паутины, например при увеличении?

— Под обычным микроскопом и без него наша разработка похожа на обычное паутинное волокно. Углеродные частицы же настолько маленькие, что их не видно даже в электронный микроскоп. Само волокно не потеряло свои характеристики после синтеза: оно получилось не менее прочным и эластичным, чем современные медицинские нити.

— Есть ли какие-то нюансы в испытании такого материала?

— Механические характеристики нитей мы проверяли на лабораторном оборудовании. В будущем же понадобятся более точные характеристики поверхности волокна, исследования при помощи просвечивающего микроскопа и опыты на крысах. Поэтому пока мы только смоделировали первые образцы — для промышленных масштабов нужно подкорректировать несколько моментов, например скручивание элементов друг с другом, а потом смотреть, что делать дальше.

— Что конкретно будут делать нити, если их начнут использовать при зашивании ран после операции?

— Врачи не всегда могут контролировать стерильность и наличие микроорганизмов в больнице, из-за чего у пациентов могут возникать осложнения после операций. Воспаления и загноения нередко приводят к неправильному заживлению ран, рубцам, высокой температуре и возможной смерти. Хотя шелковые подкожные нити не обладают бактерицидными свойствами, они служат каркасом для заживления ткани, а углеродные точки — сенсорами.

Когда в организм попадает бактериальная инфекция, световой тест помогает обнаружить ее на ранних этапах. Наши ткани, кожа, жир и мышцы под синим светом тоже будут светиться синим: они обладают свойством автофлуоресценции. Если же ранка под светом перестанет светиться красным, то есть от нее нет оптического отклика, — надо будет что-то срочно предпринимать. Вот в чем главное преимущество наших нитей.

— А ограничения?

— Есть одно: пауков пока нельзя использовать постоянно. Конечно, мы планируем в будущем соорудить паучью ферму, но это сложно. Пауки по природе каннибалы, и их настроение может меняться каждый день. Этих насекомых нельзя содержать вместе. Поэтому каждый паук пока находится в своем контейнере, что упрощает добычу материала — конечно, если у вас нет арахнофобии. Почти два года назад мне было сложно и немножко страшно собирать паутину пинцетом, но потом привыкла.

— Как вы пришли к теме своего исследования?

— Им я начала заниматься два года назад, когда пришла в магистратуру ИТМО и в научную лабораторию SCAMT. Меня привлекли работа с натуральными полимерами и возможность сделать что-то новое на стыке своей профессии и увлечений — химии и биомедицины. Слова коллег тоже оказали свое влияние: их рассказы о пауках дали мне вдохновение и мотивацию идти в этом направлении.

Вначале я участвовала в создании бинтов и пластырей на основе паутины паука-птицееда, но это не совсем мой профиль. Тогда мы изобретали способ, как растворить паутинный шелк, чтобы получить желе, из которого на 3D-принтере можно напечатать тот же лейкопластырь. За это время я поняла, что нельзя сделать научную работу за месяц или два с нуля. Всегда есть какие-то моменты, которые будут тормозить или мешать, так что главный принцип здесь — постепенность.

— Получила ли ваша работа широкую поддержку от научного сообщества в России и за рубежом?

— После публикации статьи я случайно увидела в соцсетях англоязычного ученого, который выложил ее в одном научном сообществе. Месяц-полтора назад я приехала со стажировки в Португалии, где представила презентацию с полученными результатами и долго обсуждала их с коллегами. Мне кажется, что коммуникация — это очень важный элемент нашей работы и основополагающая часть научной среды. Она вообще расширяет кругозор и помогает узнать много новых и полезных вещей, о которых ты раньше не задумывался.

В Санкт-Петербурге мы проводили воркшопы для студентов со всей России. Еще организовывали отдельное мероприятие для коллег из московского РХТУ имени Менделеева. Им тоже очень понравилось — мы даже вместе синтезировали материал. Если говорить про индустрию, то никаких предложений пока не поступало.

Лабораторные образцы композитных нитей

Делать науку в России

— Что вы думаете о перспективах российской науки в целом?

— Думаю, что скоро перед нашими университетами откроется возможность коммуницировать и сотрудничать между собой. У нас все еще нет гибких стажировок между вузами: например, я не могу взять и приехать в другой университет просто потому, что хочу там заниматься. Наука — это такая обособленная сфера не для всех, потому что не все могут твердо идти к своей цели. Причем это очень творческая сфера, которая должна сочетаться с такими качествами, как усидчивость и упорство.

— На ваш взгляд, как можно и как нельзя делать науку в России и что ее тормозит?

— Можно или нельзя — науку в России делать нужно! Важно принимать во внимание общемировые тенденции, чтобы работать в направлении развития, открытий и изобретений. Не тратить время, силы и финансирование на то, что уже изобретено или никому не нужно. Поэтому очень важен английский язык, так как сейчас все сводится к коммуникации.

А еще нельзя делать науку только из-за денег. Получается лженаука, которая может поставить в тупик. Вот находишь литературу и статьи по теме, повторяешь синтез из них, а он не работает, хотя результаты у авторов представлены хорошие. Хотелось бы еще отметить некомпетентность и несовременность руководителей, которые не понимают и не следят за тем, что происходит. На самом деле это отбивает желание заниматься наукой. В этом надо идти в ногу со временем.

— Тогда как бы вы описали жизнь молодого исследователя в России? Откуда они берутся?

— «И швец, и жнец, и на дуде игрец», я бы сказала. Да, это сугубо индивидуально, но это довольно тяжелая функциональная работа. Ты не только сидишь в лаборатории, что-то делаешь, ищешь и изобретаешь, а еще носишься с бумажками и занимаешься бюрократией, организуешь воркшопы, осваиваешь графические редакторы. После двух лет магистратуры могу сказать, что я многому научилась, как и коллеги.

Вообще, молодые ученые — это такие свободные умы, которые концентрируются вместе и страдают, пока что-то не получается. Они берутся в прогрессивных вузах, где проще делать интересующую тебя науку. Не в старых лабораториях с обшарпанными стенами и древним неработающим оборудованием, куда ты не хочешь ходишь. В таких стенах сама атмосфера направляет тебя на исследования. Многое также зависит от твоего характера и психологии: либо тебе нравится этим заниматься, либо нет. Некоторые ребята после магистратуры у нас говорят: «Ой нет, лучше пойду работать». Мне же хочется продолжать этим заниматься.

Автор исследования, магистрантка Университета ИТМО Елизавета Мальцева

— Возможно ли сейчас стать крутым ученым в нашей стране?

— Среди моих знакомых есть много ребят, которые горят своим делом, хотят что-то изобрести и кайфуют от этого. В школе я готовилась стать врачом, но у меня была прекрасная учительница по химии, которая привила мне любовь к предмету. Наукой я начала заниматься только в магистратуре. Сначала не понимала, что происходит, а потом как поняла!

Поначалу ты долго ищешь литературу, проводишь эксперименты, а когда начинает что-то получаться, ты испытываешь просто неописуемые эмоции. Потом смотришь и думаешь: «Ого, вот это я сделал!» Тут главное — не терять эту мотивацию. Еще важно, чтобы тебя поддерживало окружение и научный руководитель, которые тоже горят этой работой, потому что в одиночку ты просто не вывезешь. Меня в этом вдохновляет творчество и продумывание плана: что ты хочешь сделать, что должно получиться, что нет, и для меня это такой замкнутый цикл. Идея поиска: ничего не получается — руки опускаются — продолжаешь — хоба, получилось! — и все опять заново.

Не просто паутина

У лифта на третьем этаже корпуса на Ломоносова, 9 нас встречает Валерия Николаева, магистрант второго курса и участник научной группы. Она проводит нас в химико-биологический кластер — Международный институт Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies. Мы заходим в маленькую комнату. На стеллаже высотой во всю стену расположено 40 контейнеров, в каждом живет паук вида Linothele Fallax или Holothele Incei.

Нам показывают обитателей лаборатории — рыжих и черных, полосатых и монотонных, размером с большой палец. Но мы не боимся! Они неядовитые и спокойные. Только нервничают, когда лаборант пытается забрать драгоценную паутину.

Пауков привезли из Боливии. У них крупные паутинные железы, и они дают большое количество паутины. У самого спокойного и дружелюбного даже есть напечатанный на 3D-принтере домик и инстаграм @arkashapauk. В блоге вы узнаете больше о жителях «паучьей коммуналки» и их нелегких трудовых буднях.

Есть материал кевлар — из него делают бронежилеты. Так вот, паутина в три раза прочнее

«Мы заинтересованы именно в шелке паука, он обладает замечательными свойствами: механическая прочность, высокие жесткость и упругость. Паутина — биосовместимый материал: из него можно изготавливать бинты или импланты. У человека в таком случае не будет иммунного ответа. К тому же паутина способствует регенерации тканей».

Почему паук, а не шелкопряд? Валерия комментирует: «Шелкопряды — привлекательный объект для исследования. Многие научные группы работают с шелком, так как эти насекомые одомашнены и с ними легко работать. Тематика с пауками не так распространена, но не менее интересна. Паутина в три раза прочнее шелка, и человек все еще не разгадал тайну природы и не смог воспроизвести материал с такими же свойствами».

Аспирантка первого года Александра Киселева в своем исследовании обрабатывала волокно паутины различными наночастицами. В частности теми, которые светятся, когда на них воздействуют лазером определенной длины волны. Такое волокно можно помещать в организм человека для отслеживания регенерации тканей.

Одна из работ научной группы была связана с получением пленки для покрытия временных магниевых имплантов. Ставят их, когда рана в организме может затянуться сама, но ей нужна опора. Однако во внутренней среде организма магний вымывается из импланта. Пленка из паутины предотвращает этот процесс.

Источник: Университет ИТМО

Валерия Николаева работает над нетривиальной задачей — растворение волокна. За счет водородных связей между аминокислотами оно очень стабильно. Поэтому под действием стандартных веществ паутина растворяется до аминокислот. Работать с ней уже бессмысленно. Задача Валерии — подобрать такие условия и растворитель, чтобы волокно разрушалось не до конца.

В планах научной группы разобраться, как изменятся свойства материала, если паука обработать наночастицами: непосредственно или через еду.

Исследования лаборатории спонсируются грантом РНФ № 18-79-00269 Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Домик паука устроен так: в контейнер насыпан субстрат, на него кладут пленку, чтобы паутина не пачкалась. На каждом «жилище» написаны имя и пол «квартиранта». Паукам нужна высокая влажность, поэтому на дне стоит ванночка, которую наполняют водой два раза в неделю. В контейнер кладут перевернутую нижнюю часть коробки из-под яиц: так удобнее плести полотно и есть где спрятаться от назойливых лаборантов. Но это временное решение, скоро у всех пауков появятся домики. Кормят пауков живыми сверчками.

Во время сбора материала лаборант пинцетом наматывает паутину, как сладкую вату трубочкой. Затем помещает в пластиковую пробирку. 

«Сначала мы делали это в парах. Один держал крышку и следил, чтобы шустрый паук не сбежал, а второй его кормил или собирал паутину».

Замечаем закрытые чашки Петри с мертвыми пауками (да, такое бывает, пауки умирают от старости). Оказывается, в этом году к научной группе присое­динились первые биологи. Они изучают анатомию пауков после смерти. 

«Нам важно понять строение железы и химические процессы прядения паутины. Тогда мы сможем управлять ее биосинтезом, изменять его и получать новые материалы».

Переходим в лабораторию, где проводят «химическую» часть работы. Все по стандарту: мойки, шкафы с химической посудой, белые халаты, перчатки и пробирки. Идем к вытяжному шкафу. Работать приходится в нем, так как используемые реагенты летучие. В пробирке — мутный раствор, который рассеивает видимый свет, что доказывает наличие в растворе объектов в наноразмерном состоянии.

Пока мы не разводим пауков, но хотим заняться этим в будущем, потому как они дорогие и везти их далеко

Валерия отработала несколько методик для растворения паутины до наноразмерных частиц, состав которых определяется вторичными структурами белков паутины. Самые важные среди них — бета-листы, которые представляют из себя маленькие кристаллы белков и отвечают за механическую прочность:

«Я могу использовать растворы сильных органических кислот или предварительно обработать паутину при низкой температуре (в жидком азоте, например), тем самым облегчив процедуру дальнейшего растворения уже в более “мягких” условиях. Из полученных растворов легко делать пленки, гели или, например, защитные покрытия».

Лаборатория керамических и природных наноматериалов сотрудничает со Шведским университетом сельскохозяйственных наук (SLU University). Там занимаются исследованием и получением искусственной паутины с помощью инструментов генетической инженерии. «Мы поставляем им натуральную паутину, а они нам — искусственное волокно. Сравниваем их свойства и делимся полученными результатами».

Теги

Президентская программа, Инженерные науки, Инициативные проекты

Наука о пауках: исследование мира паутины | Научный проект

Научный проект

Пауки не ходят в продуктовые магазины или сети быстрого питания за едой — они расставляют ловушки и ждут, пока к ним прибудет еда! Вы, наверное, уже хорошо знакомы с их хитрыми маленькими ловушками. Паутина повсюду от вашего заднего двора до вашей спальни. В этом проекте мы изучим науку о пауках, забавно взглянув на эти паутины.

Как пауки плетут свои сети?

Скачать проект

Оценка

Третий класс

• Черная плотная бумага
• Тальк
• Лак для волос
• Рулетка
• Ноутбук
• Карандаш
• Пряжа
• Двусторонний скотч
• Рюкзак

1. Ученому-пауку для изучения нужна паутина! Выйдите на задний двор или на ближайшую природную тропу. Не забудьте взять все свои материалы в рюкзаке.
2. Внимательно осмотрите высокую траву или кусты, чтобы найти паутину.
3. Измерьте ширину и высоту каждой найденной паутины. Подсчитайте, сколько нитей проходит через центр паутины и сколько нитей прикрепляют паутину к кусту.
4. Запись результатов в блокнот.
5. Сможете ли вы найти паука, который сделал эту паутину? Есть ли насекомые, попавшие в паутину?
6. Сделайте набросок паутины и паука, если вы его заметили.
7. Найдите паутину, которую нужно поймать. Не выбирайте тот, на котором уже есть паук.
8. Аккуратно посыпьте паутину тальком. Порошок прилипнет к шелку, и каждая нить будет казаться белой.
9. Держите лист черной плотной бумаги под паутиной.
10. Аккуратно перемещайте бумагу к небу, пока паутина не отделится от травы или куста, за которые она держалась.
11. Сбрызните паутину лаком для волос.
12. Отложите бумагу и полотно для просушки.
13. Пока ждешь, загляни в свои записи. Паутина кажется довольно сложной, не так ли? Насколько больше паутина по сравнению с создателем ее пауком? Мог бы ты сделать что-то, что было бы в пять или десять раз больше тебя?
14. Так как же пауки плетут свои сети? Запишите свою гипотезу , или догадку, в блокнот.
15. Измерьте свой рост сантиметровой лентой. Запишите свой рост в тетрадь.
16. Если бы вам пришлось плести паутину, как пауку, насколько большой она была бы? Умножьте свой рост в дюймах на десять.
17. Возьмите пряжу и прикрепите к одному концу кусок двустороннего скотча.
18. Найдите место снаружи, где вы хотите построить свою паутину. Помните, вам понадобится много места!
19. Изучите зарисовки паутины в своем блокноте, а также настоящую паутину, которую вы поймали.
20. Начинайте распутывать пряжу. Прикрепите липкий конец к ветке дерева или стене.
21. Попробуйте повторить узор паутины, которую вы изучали. Насколько похожа ваша готовая паутина на настоящую?

Если у вас нет суперпаучьего чутья, вы, вероятно, не сможете воссоздать идеальную паутину. Не чувствуйте себя плохо — ни один человек не может.

Паук плетет свою паутину, выпуская одну нить, как и вы. Как только липкий конец прикрепляется к чему-либо, паук прикрепляет другой конец к исходной точке. Затем паук делает то, что вы не можете сделать. Он идет по нитке. Оттуда он начинает выпускать больше потоков по разным шаблонам в зависимости от того, какая это будет сеть. Некоторые паутины овальные, а некоторые паутины круглые. Тем не менее, все паутины имеют смесь нелипких и липких нитей, которые составляют более крупный узор.

Никто не учит пауков плести паутину; они просто, кажется, знают. Это немного ставит ученых в тупик, но этот факт является прекрасным примером того, как даже самые крошечные насекомые каким-то образом умеют поддерживать свою жизнь.

Пауки рождаются со способностью плести шелковистые нити паутины, которые могут быть липкими или нелипкими. В то время как их крошечные ноги ходят по нелипким нитям, липкие нити используются для ловли вкусных закусок для пауков, таких как насекомые или даже маленькие птицы.

Вы же не думаете, что это все, что нужно знать о науке о пауках? Есть так много всего, что можно открыть. Вы знаете, что происходит, когда насекомое попадает в паутину? Вы можете создать свою собственную суперлипкую паутину, чтобы узнать. Как вы думаете, он поймает каких-нибудь насекомых? Догадки и проверки — вот чем настоящие ученые занимаются каждый день, а теперь можете и вы!

Отказ от ответственности и меры предосторожности

Education. com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для ознакомления
только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений
относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за
любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и
отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш
доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается
Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения
об ответственности Education.com.

Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех
отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта
следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями.
или другой надзор. Чтение и соблюдение мер предосторожности всех
материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека. За
дополнительную информацию см. в справочнике по научной безопасности вашего штата.

Sticky Science: the Evolution of Spider Webs

• Share on Facebook

• Share on Twitter

• Share on Reddit

• Share on LinkedIn

• Share via Email

• Print

Credit: Matt Crane Getty Images

Может показаться глупым бояться маленького паука, но появление хищника в фильмах ужасов имеет больше смысла, если учесть точность, мастерство и изобретательность, которые он использует, чтобы нацелиться на свою добычу. Клыки пауков, вводящие яд, и острые когти, оканчивающие их сегментированные ноги, достаточно опасны, но их новаторское использование шелка для ловли жертв может быть самой большой причиной быть благодарными за то, что они маленькие.

«Они настоящие мастера использования шелка», — говорит Пол Селден, арахнолог и палеонтолог из Канзасского университета. Другие ползучие пауки тоже делают это вещество — тутовые шелкопряды используют его для окукливания, некоторые муравьи вьют из него гнезда, — но, по словам Селдена, «у них нет такого большого разнообразия применений, как у пауков».

Шелк паука используется десятками способов: для защиты яиц, для создания подводных домов и, что наиболее заметно, в качестве охотничьих инструментов с потрясающим разнообразием. В дереве, изображенном ниже, ученые нарисовали образцы паутины ткачей-кругопрядов и пауков, которые произошли от них — всего лишь подмножество пауков, которые используют шелк для охоты. Земля и ствол заняты родственниками предков и некоторыми шелковыми структурами, которые предшествовали тем, что подвешивались на ветвях.

Круговые ткачи, иногда классифицируемые вместе со своими потомками в группу под названием Orbiculariae , составляют около четверти из более чем 45 000 известных видов пауков. Их паутина обычно имеет классический концентрический круг и спицы, расходящиеся от ступицы. Но некоторые члены Orbiculariae крутят новинки. На рисунке паук болас ( Mastophora ) свисает с самой высокой точки дерева, готовый размахивать своей липкой сферой по мотылькам, привлеченным приманкой с феромонами. Справа паук-сетемет ( Deinopis ) держит в когтях шелковый трал, готовый бросить его, когда под ним будет бродить добыча.

Круговые ткачи из группы Orbiculariae делают классическую паутину в форме колеса, а также другие интригующие конструкции. Это дерево содержит выборку Orbiculariae, иллюстрирующую разнообразие сети. Эволюционно более старые пауки и их предки появляются на земле и туловище; более поздние прибывшие свисают с самых высоких ветвей. Авторы и права: Ф. Фоллрат и П. Селден AR Экология, эволюция и систематика 2007 (модифицировано из Vollrath 1988)

Ученые все еще работают над классификацией этого разнообразия и пониманием того, как оно появилось здесь, говорит Селден, который является соавтором обзора эволюции паутины в Ежегодном обзоре экологии, эволюции и систематики . Эта картинка из обзора намекает на общую эволюционную прогрессию по мере продвижения вверх по дереву и подчеркивает ключевое событие: когда насекомые убегали, пауки преследовали их, поднимая свои ловушки выше в воздух.

Паутина продолжала расширяться по мере того, как насекомые вырабатывали способы ускользнуть от этой клады хищников. Лестничная сеть Scoloderus , имеющая удлиненную заштрихованную сетку над типичной круглой сферой, предназначена для охоты на мотыльков, которые обычно ускользают из липкой паутины, сбрасывая защитную чешуйку. Лестничная часть заставляет мотылька кувыркаться и ловит его, когда вся чешуя отслаивается. Треугольный паук ( Hyptiotes ) оптимизирует свою атаку, высвобождая длинную часть паутины, когда насекомое попадает в основную конусообразную часть. В результате паутина схлопывается и окутывает цель, как походная палатка, внезапно потерявшая жерди.

Немного липкости помогает удерживать добычу на месте достаточно долго, чтобы паук мог навсегда ее подчинить. Но не все паутины получают свою палку одинаково. Некоторые паутины ловят насекомых каплями клея. Другие «шерстяные» — их шелк состоит из тонких нитей, которые цепляются за волоски и лапки насекомого, как нити свитера прилипают к бору. На иллюстрации пауки на правом основном стволе дерева плетут мохнатую или решетчатую паутину. А ткачи слева используют клейкий тканый шелк.

Это расхождение в типах нитей стало камнем преткновения для ученых, изучающих эволюцию пауков, что привело к длительным спорам о том, сколько раз эволюционировала паутина сфер. Хотя нити паутины могут быть очень разными, их поведение при построении удивительно похоже, говорит Джейсон Бонд, арахнолог из Калифорнийского университета в Дэвисе. Таким образом, неясно, возникло ли кругоплетение независимо у крибеллатных и экрибеллатных ткачей, или же паутина возникла один раз, а шелковый тип разошелся позже.

Подсказки об эволюции поведения при создании паутины частично получены из ископаемых свидетельств. Паутина и другие шелковые структуры обычно плохо окаменевают (хотя иногда ученые находили нити шелка и комки паутины, сохранившиеся в янтаре), поэтому исследователи часто полагаются на связи, которые они могут установить между современной морфологией и поведением пауков, чтобы сказать что-то о пауках и протопауках прошлого.

Например, сегодняшние листовые веб-конструкторы (такие как группа Agelena , и пауки-воронки из рода Ischnothele ) кладут покрывала из паутины на траву и другую растительность и, как правило, имеют необычно длинные фильеры. Только в этом году ученые заметили такие же длинные фильеры в недавно обнаруженных окаменелых останках древних паукообразных. Таким образом, «по крайней мере одна гипотеза состоит в том, что они построили что-то вроде листовой паутины», — говорит Бонд. «Возможно, листовая паутина — это тип паутины, предковый для всех пауков».

Помимо изучения того, как возникла паутина, исследователи также изучают, как некоторые пауки отказались от нее. Некоторые новые виды, такие как некоторые специалисты по охоте на муравьев и паук-скакун Portia (который охотится на собратьев-пауков, опускаясь сверху), вообще не используют паутину.

Невероятное разнообразие стратегий пауков не должно вызывать удивления, если учесть, что на их эволюцию у них были сотни миллионов лет — исследователи нашли окаменелости пауков, которые бродили более чем за 150 миллионов лет до динозавры.

«Вы говорите о 50 000 видов существ, почти исключительно хищных», — говорит Бонд. «Пауки изобрели всевозможные способы убийства насекомых».

*Примечание редактора (31.10.18): Подзаголовок этой статьи был обновлен, чтобы исправить ошибку в количестве лет эволюции пауков.

Эта статья была впервые опубликована 31 октября 2018 года в независимом журнале Knowable Magazine от Annual Reviews и перепечатана с разрешения. Подпишитесь на рассылку новостей.

ОБ АВТОРАХ

Линдзи Вессел — штатный сотрудник Knowable . Свяжитесь с ней по адресу [email protected].

Не очень страшная наука о пауках

Делиться заботой!

265
акции

• Фейсбук199

• Твиттер

Ладно, вы можете подумать, что я сумасшедший, если говорю это, но я люблю пауков. Держись со мной здесь. Да, я спасаю их от ванн и позволяю им плести свою паутину в углах снаружи нашего дома. Я показываю их сказочные паутины своим детям. Почему? Ну, потому что они экологически важны, они красивы и строят удивительные сооружения.

Возможно, вы не являетесь большим поклонником пауков, но это хорошая идея, чтобы рассказать своим детям о важности не такого уж и страшного паука. По крайней мере, если вы научите своих детей любить их, тогда они смогут спасти ВАС в следующий раз, когда они поселятся в ванной!

Учимся любить пауков

Мне всегда нравились крошечные существа, такие как насекомые и пауки, но я отчетливо помню одну книгу, которая помогла мне понять важность пауков в детстве. Будьте добры к паукам 9«0215» Маргарет Блой Грэм — это история мальчика, который случайно оставил свою домашнюю паучью Хелен в зоопарке. Хелен начинает ловить насекомых, и животные в зоопарке быстро становятся счастливее. Однако после того, как смотритель зоопарка очищает ее паутину, мухи возвращаются и беспокоят животных. История продолжается, и легко понять, что здесь происходит. Пауки являются важной частью естественного порядка вещей.

Поскольку это была старая книга, даже когда я был ребенком, я был удивлен и взволнован, увидев, что вы можно щелкнуть здесь, чтобы найти Будьте добры к паукам для покупки . Это старое, но хорошее. Я рада, что моя семья тоже прочтет это!

Научные исследования пауков

Вот несколько идей для включения пауков в уроки естествознания или уроки, которые вы, возможно, уже преподаете, включая экосистемы и пищевые цепи, адаптацию животных и исследования природы на открытом воздухе.

Пауки важны для экосистем

Если вы преподаете о пищевых цепях, пищевых цепях, экосистемах или трофических пирамидах, то обязательно включите пауков. Почему? Хищники важны. Они помогают поддерживать баланс в экосистеме. Они живут повсюду, так что у вас, вероятно, есть реальный живой пример для детей, чтобы наблюдать с близкого расстояния.

Дайте детям дневник, в котором они будут следить за пауком в течение определенного периода времени. Что они наблюдают? Что оно ест? Какой вывод они могут сделать об экосистеме, в которой живет паук, или о пищевой сети, частью которой он является?

Пауки разнообразны и имеют невероятную адаптацию

Не только пауки разнообразны как группа животных, но и их сети. Поскольку тип насекомых в районе меняется, то же самое будет и с пауками, а также с их методами охоты и создания сетей. (Это примеры приспособлений или особых физических или поведенческих признаков, проявляемых растением или животным.)

Вы можете наблюдать пауков, которые строят спиральные паутины, которые большинство людей ассоциируют с паутиной. (Это тип, который Шарлотта плела в Паутина Шарлотты , без слов, конечно.) Вы также можете увидеть паутину в форме купола, воронки, трубки или клубки.

Идеи для наблюдения и изучения паутины могут включать:

• использование полевого справочника и идентификацию паука на основе его паутины и физического описания
• вести фотожурнал различных типов паутины, которую вы найдете во время прогулок на природе
• разработать и построить собственную паутину на основе паутины, которую вы наблюдали в природе? нить? кубики лего? Твой выбор.

Охота на пауков-мусорщиков

Используйте пауков, чтобы отточить навыки наблюдения. Отправляйтесь на охоту за пауками.

• Сколько различных видов пауков вы можете найти?
• Сколько различных форм паутины?
• Сколько разных цветов? (Если большинство цветов коричневые, это отличная отправная точка для урока камуфляжа!)
• Какое самое теплое место, где вы видите паутину? Самое крутое место? Самое темное место? и т. д.

Другие научные исследования о животных

Если ваши дети любят маленьких существ, то вам определенно стоит попробовать этот светящийся жизненный цикл светлячка , проект STEM . Еще один отличный способ узнать о ползающих существах, таких как черви и насекомые, — построить компостную корзину для червей, чтобы перерабатывать пищевые отходы обратно в грязь. Здесь вы найдете инструкций по сборке собственной корзины для червей для классной комнаты или дома.

Кто знает? Вскоре вы, возможно, будете спасать пауков и тому подобное, а также отправлять их обратно в дикую природу!

ПРИМЕЧАНИЕ. Первоначально это был гостевой пост и был обновлен Венди, одним из единственных владельцев любопытства, в 2021 году.

Распечатанная книга о домашних жуках

 

Жизненный цикл книги пчелонесушек

 

 

Делиться заботой!

265
акции

• Фейсбук199

• Твиттер

Похожие сообщения

Денверский музей природы и науки

Присоединяйтесь и поддержите

Членство

Поддерживать

Волонтер

Стажировки

Ученые-подростки

Карьера

Стать участником

Членство Family Plus (лучшее соотношение цены и качества!)
175 долларов
Бесплатный вход до 7 человек

Становиться участником

Наука

Антропология

Архивы

Науки о Земле

Медицинских наук

Космические науки

Зоология

Научные проекты

Звездообразование в разломе Аквила

Раннее происхождение черепах и других диапсидных рептилий

Проекты научного отдела

Ресурсы

Поиск по коллекциям

Публикации музея

Избранные коллекции

Новости научного отдела

Видео и подкасты отдела науки

Приоритеты научного отдела

Лицензирование изображений и разрешения

Лаборатории

Центр сохранения Авенир

Лаборатория цифровых исследований

Лаборатория генетики

Подготовительная лаборатория палеонтологии

Лаборатория подготовки позвоночных

обучать

Виртуальный опыт

Профессиональное развитие учителей

Школьные программы и педагогические мероприятия

Вне площадки: у вас дома

На месте: в музее

Виртуальный опыт

Виртуальный скульптурный завр

Ученые в действии: T. rex в Турцию

Просмотреть все школьные виртуальные развлечения

Профессиональное развитие педагога

K-12 Профессиональное развитие

Предварительные учителя

О

Стратегический план

Стратегический план: все везде

Учить больше

Учить больше

ЧЛЕНСТВО
ПОЖЕРТВОВАТЬ
КУПИТЬ БИЛЕТЫ

404 Страница не найдена

Недавно мы обновили наш сайт.

Некоторые страницы могли быть изменены или обновлены.

Не стесняйтесь проверить меню вверху или нашу карту сайта.

Вопросы?

Свяжитесь с нашей службой поддержки по телефону 303.370.6000

.

Наверх

90 000 ученых используют мертвых пауков в качестве жутких захватчиков когтей

Животные

Реанимированные трупы пауков очень жуткие, но исследователи говорят, что у них есть несколько практических применений.

Автор:

Кевин Херлер

Комментарии (32)

Оповещения

Впрыскивание воздуха в мертвого паука заставляет его ноги открываться, позволяя ему хвататься за разные объекты. паук или два в прошлом, но что, если бы труп этого паукообразного можно было перепрофилировать во что-то полезное? Что ж, исследователи из Университета Райса в Техасе считают, что они могут и являются пионерами в области «неробототехники», вводя мертвым паукам воздух, чтобы использовать их для захвата мелких предметов.

Когда доцент кафедры машиностроения Университета Райса Дэниел Престон обустраивал свою лабораторию, он и аспирантка Фэй Яп задались вопросом, почему у мертвого паука в углу комнаты свернулись ноги. Оказывается, пауки вытягивают ноги с помощью гидравлического давления, которое исходит от жидкости, закачиваемой в их ноги из центральной полости, а это значит, что когда они умирают, их ноги постоянно втягиваются. Престон и Яп задались вопросом, смогут ли они взломать этот гидравлический процесс, нагнетая воздух в ноги мертвого паука, чтобы заставить их открыться. Они обнаружили, что могут, и их исследование этой жуткой возможности создать биологический захват было опубликовано в Advanced Science в понедельник.

«У [пауков] на самом деле есть только сгибающиеся мышцы», — сказал Яп в видеозвонке, имея в виду, что пауки могут подтягивать ноги, но у них нет мышц, чтобы их разгибать. «То, как они вытягивают ноги, использует гидравлическое давление».

Gif: Университет Райса

Это давление исходит от просомы паука — головогруди паука, где его ноги прикрепляются к его телу, — которая посылает жидкость к ногам паукообразных, позволяя им ходить — отдельные ноги контролируются открытием и закрытием клапанов в анатомии паука. Престон, Яп и их коллеги обнаружили, что если бы они осторожно вставили шприц в головку мертвого паука, они могли бы имитировать гидравлическое давление воздуха, вытягивая и втягивая все ноги паука одновременно. Это означало, что паука можно было использовать в качестве захвата. Но зачем пытаться делать что-то настолько тревожное?

«Мы заинтересованы в том, чтобы использовать их для таких вещей, как сбор образцов», — сказал Престон. «У них есть внутренняя податливость благодаря этому гидравлическому или пневматическому приводу, который мы можем применить, и это помогает защитить хрупкие образцы или даже других живых насекомых, например, если мы хотим собрать их в полевых условиях».

Свойства перепрофилированного паукообразного невероятно многообещающи: команда обнаружила, что захват паука может выдерживать более 1000 циклов открытия/закрытия и может использоваться для подъема 130% собственного веса тела.

• Выкл.
• Английский

Что такое паук-некробот?

Исследователи в основном использовали пауков-волков для работы над этой конкретной рукописью, но они считают, что могут использоваться и другие виды пауков. Интересно, что Яп говорит, что группа обнаружила, что пауки с большей массой тела, такие как паук-голиаф, могли поднимать только предметы, вес которых составлял 1/10 веса их тела, в то время как меньшие пауки, такие как пауки-скакуны, могли поднимать предметы, вес которых составлял 1/10 веса их тела. в два раза больше массы их тела.

Что касается того, как люди за пределами лаборатории отреагировали на проект, Престон говорит, что большинство из них поддержали и даже были в восторге, когда увидели, насколько эффективен захват. Других, однако, не слишком обрадовало присутствие пауков.

» Один из сотрудников нашего фронт-офиса очень не любит пауков. Поэтому нам приходилось звонить в главный офис всякий раз, когда к нам поступала очередная поставка, которую мы могли бы использовать для проекта, и просто сообщать им об этом», — сказал Престон со смешком. Команда заказала своих пауков у компании-поставщика биологической продукции, но, к сожалению, некоторые из них не пришли мертвыми. Яп уточнил: «Иногда они неодушевленные, но иногда нам приходится их усыплять. Поэтому мы ищем самый гуманный способ убить их в литературе».

Хотя этот проект может показаться странным, Престон считает, что он вписывается в сферу исследований его лаборатории по изучению мягкой робототехники. «Мы смотрим на все на пересечении энергии, материалов и жидкостей», — говорит он. «Мягкая робототехника обычно использует нетрадиционные материалы, которые не являются типичными металлами из твердого пластика, а вместо этого такие вещи, как гидрогели и эластомеры, а также уникальные режимы срабатывания, такие как магнетизм и свет». Престон и Яп очень заинтересованы в том, чтобы использовать это как отправную точку для других исследований некротических захватов, например, для выяснения того, как открывать и закрывать отдельные ноги.

В то время как исследователи по всему миру работают над робототехникой, вдохновленной биотехнологиями, Престон, Яп и остальные члены команды переходят к делу и используют саму биологию, собранную с пола их лаборатории. Эта творческая, вдохновленная природой работа явно представляет собой безумную науку в лучшем ее проявлении.

2 / 10

Приложение давления

Приложение давления

Gif: Rice University/Gizmodo

3 / 10

Разработка захвата

0212

Графика: Университет Райса

4/10

Ноги в действии

Ноги в действии

GIF: Rice University

5 /100005

. Университет

6 / 10

Фэй Яп готовит некроботический захват

Фэй Яп готовит некроботический захват

Изображение: Университет Райса

7 / 05

• 1 Несущий предмет

  Несущий предмет

  Gif: Университет Райса

  8 / 10

  «Привет!»

  «Привет!»

  Изображение: Университет Райса

  9 / 10

  Обними меня!

  Обними меня!

  Gif: Университет Райса

  10 / 10

  Пауки, которые выбирают смерть

  Среди пауков секс не просто создает жизнь; это также может закончиться. Самцы многих видов, в том числе пауки-кругопряды, пауки-вдовы и пауки-волки, обнаруживают, что их состояние меняется в мгновение ока, когда соблазненные ими самки начинают пожирать их заживо, иногда даже до завершения осеменения. Большинство восьминогих холостяков идут на многое, чтобы не быть съеденными своей возлюбленной: некоторые пытаются массировать ее до оцепенения или связывать ей ноги шелком; другие притворяются мертвыми или отрывают себе ноги, чтобы отвлечь ее закуской перед половым актом. Все это служит выживанию, поэтому самец может дожить до спаривания в другой день.

  Некоторые самцы пауков-вдов, однако, по-другому относятся к этим ужасным милашкам. В течение нескольких секунд после начала полового акта они совершают самоотверженное сальто, переворачиваясь спиной вперед на ротовые органы своей партнерши, пока у нее почти не остается выбора , кроме как откусить. Ее клыки пронзают тело самца, заливая его пищеварительными ферментами, которые разжижают его внутренности; затем она истощает его, как Слурпи, оставляя после себя только экзоскелет.

  Этот жуткий ритуал не состоялся бы, если бы самец не предложил себя. Когда их женихи не кувыркаются, самки не жуют, что имеет определенный смысл с точки зрения питания, учитывая, что самцы двух видов, у которых происходят эти акробатические трюки, красноспинных и коричневых вдов, весят всего 1–2 процента веса своих самок. «Ей было бы лучше с мухой», — говорит Ленка Сентенска, биолог из Университета Торонто. И все же самцы предлагают себя охотно, почти настойчиво. Даже когда предоставляется возможность спариться с самками, которые с меньшей вероятностью съедят их, самцы будут выбирать себе пару-людоедов. «По сути, они заставляют женщин убивать их», — сказала мне Сентенска. В этом убийстве мужчина является и жертвой, и соучастником, плетущим паутину тайн вокруг своей длинноногой связи.

  Возможно, эти причудливые акты мученичества не так парадоксальны, как кажутся. В 1990-х годах Майдианна Андраде, наставник Сентенской в ​​Университете Торонто, обнаружила, что красноспинные самцы, которые подталкивают своих самок к каннибализму, совокупляются дольше, чем те, которые этого не делают, — благодаря причуде их анатомии они могут продолжать передавать сперму в женский как они потребляются. Самец отправляет свою сперму в половые органы самки с помощью двух длинных, похожих на руки придатков возле головы, называемых педипальпами. Они могут добраться до нижней части ее тела, независимо от того, стоят ли партнеры лицом к лицу или он перевернулся, и она высасывает жизнь из его спины. Чем дольше самец многозадачен, тем больше яиц он оплодотворяет; кончики его педипальп также могут отломиться, закупорив вход в сумку, где самка хранит сперму, и затруднив для другого жениха внесение спермы внутрь.

  Спаривание двух красноспинных пауков. Более крупная самка поедает самца. (Шон Макканн)

  Самая большая надежда самца — стать первым и единственным партнером самки, по сути обеспечив себе отцовство в отношении ее будущих детей, — говорит Лаура Салливан-Беккерс, биолог-паук из Университета штата Мюррей. Поощрение каннибализма может укрепить эту судьбу и другим способом: Андраде обнаружил, что красноспинные самки, которые питаются во время бракосочетания, также более склонны отталкивать последующих самцов, уменьшая шансы того, что вклад их первого партнера в конечном итоге будет разбавлен, а их выводок — отцовским. смешанный.

  Смерть по-прежнему кажется высокой ценой за пару сотен яиц, но для самцов пауков-вдов, возможно, это не так. «Самки пауков-вдов очень рассредоточены по окружающей среде, поэтому самцам приходится очень много работать, чтобы найти себе пару», — сказал мне Салливан-Беккерс. Большинство из них бродят по местности и умирают девственницами, так и не найдя самку. Те немногие, которые 90 128 делают 90 129, должны затем преодолеть ряд препятствий, чтобы инициировать секс. Чтобы выслужиться перед самкой, самцы будут трястись, ерзать и трястись на ее паутине до 10 часов, а затем пытаются оседлать ее, прежде чем она примет своего партнера за добычу. По иронии судьбы, все их предкопуляционные усилия служат , а не съеден; Приоритет №1 — общение: «Я мужчина, а не еда», — говорит Кэтрин Скотт, биолог из Университета Торонто, работающая с Андраде и Сентенской.

  Кувыркающийся красноспинный самец. (Шон Макканн)

  Преодоление всех этих препятствий один раз впечатляет; дважды или более, действительно маловероятно. «Шансы найти вторую самку практически равны нулю», — сказал мне Скотт, особенно учитывая, что самцы живут всего пару месяцев. Это означает, что большинству из них нечего выигрывать, выживая: продолжительность жизни не имеет большого значения, если больше не будет секса. «В этом отношении размножение важнее выживания», — говорит Мерседес Бернс, биолог из Мэрилендского университета в округе Балтимор. Лучше вложить все, что у вас есть, в вашего текущего потенциального клиента, чем звонить по телефону только для того, чтобы снова рискнуть всем.

  Некоторые самцы-вдовы выживают достаточно долго, чтобы дважды (дважды!) совокупляться с одной партнершей, если они правильно разыграют свои карты. У каждой самки есть два органа для хранения спермы, которые необходимо наполнять по одному. Однако, чтобы разлить свою сперму в обоих, самец должен пережить первое свидание — подвиг, с которым красноспинный может справиться, стягивая часть своего живота, «как будто ремнем», как сказал мне Андраде, потенциально шунтируя свои органы. от смертельного укуса его товарища. Клыки еще протыкают его, и начинается пищеварительный процесс; к тому времени, когда их второе свидание закончилось, женщина закончила работу.

  Другие самцы могут вообще не быть съеденными любовницей. Несколько лет назад Андраде и ее коллеги обнаружили, что овдовевшие самцы могут снизить риск каннибализма, спариваясь с самками на поздней ювенильной стадии. Этот акт требует некоторой ловкости: за несколько дней до того, как они линяют во взрослых особей, гениталии самок, хотя и полностью развиты, остаются скрытыми под экзоскелетом, который самец должен прорезать своими клыками. Это звучит почти так же варварски, как съесть свою половинку, но в конечном итоге самки кажутся невредимыми, говорит Лусиана Баруффальди, биолог из Университета Торонто, также работающая в команде Андраде. Тем временем самцы извлекают очевидную выгоду: они лишь изредка кувыркаются для несовершеннолетних и почти всегда выходят из секса целыми и невредимыми.

  Самец паука коричневой вдовы спаривается с гораздо более крупной самкой. (Шон Макканн)

  На первый взгляд трудно представить, почему любой самец-вдова соизволит спариться со взрослой самкой. Но как ни странно, команда Андраде обнаружила, что, по крайней мере, в лаборатории, самцы-вдовы на самом деле предпочитают своих самок в возрасте, даже когда рядом может быть более молодая альтернатива. Это как если бы, сказал мне Скотт, мужчины хотят, чтобы добивался смерти, которой можно было бы полностью избежать.

  Частично это предубеждение может быть просто проклятием химии: взрослые самки выделяют больше феромонов, что облегчает их поиск. Но репродуктивное исчисление также сложнее, чем кажется. Неполовозрелая женщина, хотя и способна на , хранящая сперматозоидов, не может использовать его для выдавливания яйцеклетки до тех пор, пока она не созреет, что может занять как минимум неделю, а то и две. Во время этого междуцарствия она также должна линять, процесс, который делает паука легкой добычей, мягкой, слабой и медленной. Таким образом, спаривание с полувзрослым «на самом деле не является верным решением», — сказал Скотт.