Строение пауков: Строение паукообразных – железы, ротовой аппарат, особенности органов дыхания

Содержание

Строение пауков - Пауки.ру

ФОРМА ТЕЛА, РАЗМЕРЫ, ОКРАСКА

Резкое разделение тела на головогрудь и брюшко, наличие на хелицерах крючковидного конечного членика и небольшие размеры щупальцевидных педипальп хорошо отличают пауков от других паукообразных. Эти особенности позволяют с первого взгляда узнать паука даже в тех случаях, когда форма туловища и его придатков вторично сильно видоизменена.

Громадное большинство пауков характеризуется большим постоянством и однообразием морфологического типа, но в деталях наблюдается бесконечное разнообразие.

Отделы тела

Покровы пауков

Форма тела

Размеры тела

Окраска

ГОЛОВОГРУДЬ

Дорсальная сторона головогруди образована большим спинным щитом, вентральная — грудным щитом, небольшой пластинкой нижней губы и тазиками конечностей. Впереди к головогруди прикрепляются хелицеры.

Спинной щит

Глаза

Грудной щит

Ротовые органы

Плевры

СТЕБЕЛЕК

Отдел тела, связывающий головогрудь с брюшком — стебелек (petiolus — рис. 11,Б) формируется за счет первого сегмента опистосомы. Даже у крупных пауков диаметр его очень мал, а у молодых форм и мелких видов он чрезвычайно тонок. В стебельке проходят кишечный канал, нервы, аорта и мышцы, а иногда трахеи. Форма стебелька, а особенно его длина варьируют у разных пауков, но различия эти не существенны. Так, например, у многих форм, имитирующих муравьев (Leptorchestes, Myrmarachne), стебелек довольно сильно вытягивается (рис. 21,А). На поверхности стебелька развиты два склерита: спинной — лорум (lorum), нередко состоящий из двух кусков, плотно причленяющихся друг к другу, и брюшной — плагула (plagula), всегда непарный.

Благодаря узкому стебельку пауки могут придавать брюшку различные положения, что необходимо при прядении ловчей сети, кокона или логовища. Таким образом, резкое разделение тела на два отдела, соединенные стебельком, очень важное приспособление (Kaestner, 1956). Из этого следует, что способность прясть паутину с помощью конечностей брюшка возникла у предков пауков очень давно — одновременно с формированием стебелька или еще раньше.

БРЮШКО

Сегментация

Вторичные склериты

Эпигастральная борозда

Половое отверстие

Стигмы

Паутинные бородавки

КОНЕЧНОСТИ

Хелицеры

Педипальпы

Ходные ноги

ЗВУКОВЫЕ ОРГАНЫ

Звуковые органы

Паутинные бородавки

СЕГМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ТЕЛА

Из-за слияния и частичной редукций сегментов брюшка сегментарный состав тела Aranei долгое время оставался неясным. Точный счет сегментов стал возможен сравнительно недавно, после новейших исследований организации пауков, особенно примитивных Liphistiomorphae и молодых стадий Araneomorphae.

Состав головогруди

Седьмой туловищный сегмент

Сегментация брюшка

ПОКРОВЫ

Гиподерма

Кутикула

Волоски и щетинки

Окраска

Линька

ЖЕЛЕЗЫ

Из желез эктодермального происхождения интерес представляют губная, гнатококсальные, ядовитые и паутинные.

Губная железа

Гнатококсальные железы

Ядовитые железы

Паутинные железы

Паутина

ВНУТРЕННИЙ СКЕЛЕТ И МУСКУЛАТУРА

Внутренний скелет Aranei, как у других паукообразных и Xiphosura, состоит из образований двоякого происхождения, С одной стороны, имеются аподемы, или эндосклериты (эндапофизы), т. е. более или менее глубокие впячивания наружной хитиновой кутикулы, с другой — эндохондриты, или скелетные образования мезодермальной природы (Schimkewitsch, 1893; Pereyaslawzewa, 1907), часто не связанные с наружным хитином.

Аподемы

Эндохондриты

Мускулатура

СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ

Соединительная ткань, частью заполняющая щелевидные пространства полости тела (миксоцеля), представлена у пауков в нескольких формах. Во-первых, она окружает все внутренние органы в виде тонких соединительнотканных оболочек, бедных ядрами и нередко пронизанных коллагенновыми волокнами, во-вторых, представлена так называемыми промежуточной, или интерстициальной, и ретикулярной тканями.

Промежуточная ткань

Ретикулярная ткань

ПИЩЕВАРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Ротовое отверстие

Ротовые конечности

Глотка

Пищевод

Сосательный желудок

Желудок

Кишка

Печень

Клоака

Физиология питания

ОРГАНЫ ДЫХАНИЯ

Большой сравнительно-анатомический интерес имеет дыхательная система пауков. Почти всегда она представлена двумя парами органов дыхания, принадлежащих VIII и IX туловищным сегментам. Лишь в редких случаях (Pholcidae, Symphytognathidae и некоторые другие отдельные формы) задняя пара редуцируется.

Легкие

Трахеи

Происхождение органов дыхания

Физиология дыхания

КРОВЕНОСНАЯ СИСТЕМА

Сердце

Кровеносные сосуды

Кровь и кроветворные органы

ВЫДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ

Экскреция выполняется коксальными железами, мальпигиевыми сосудами и клоакой, но, помимо того, имеются дополнительные органы выделения — нефроциты и гуаниновые клетки, играющие роль преимущественно почек накопления. Главный продукт экскреции — гуанин.

Коксальные железы

Мальпигиевы сосуды

Клоака

Кишечник

Нефроциты

Гуаниновые клетки

Промежуточная ткань

НЕРВНАЯ СИСТЕМА

Сильно концентрированная центральная нервная система целиком сосредоточена в головогруди. В этом отношении пауки сходны с Pseudoscorpiones, Opiliones и Acari. Встречающиеся до сих пор в литературе указания на то, что у низших пауков задний, сложный по составу ганглий брюшной нервной цепочки лежит обособленно в брюшке (сходно с Uropygi и Solifugae) неверны. Центральная нервная система состоит из головного мозга и подглоточной нервной массы (рис. 70). Последняя помещается на брюшной стороне между стернальной пластинкой или слепыми выростами желудка и эндостернитом.

Головной мозг

Подглоточная нервная масса

Периферическая нервная система

Симпатическая нервная система

Нейросекреция

ОРГАНЫ ЧУВСТВ

Осязательные органы

Органы равновесия и слуха

Тарзальные органы

Лировидные органы

Органы вкуса

Глаза

Зрительные способности

ПОЛОВАЯ СИСТЕМА

Все пауки раздельнополы; гермафродитизм встречается только как ненормальное явление и крайне редко.

Половой диморфизм

Мужская половая система

Совокупительный аппарат самцов

Женская половая система

Биология и физиология размножения

Общая характеристика Класса Паукообразные — урок. Биология, Животные (7 класс).

К классу Паукообразные относятся в основном наземные виды (более \(60\) тыс. видов).

Наиболее знакомы нам пауки. Повсеместно распространены клещи. К этому же классу относятся также скорпионы и сенокосцы.

Среди клещей и пауков есть вторичноводные формы (например, паук-серебрянка).

Внешнее строение

У Паукообразных тело разделено на два отдела — головогрудь и брюшко, нет усиков.

На головогруди располагаются четыре пары ходильных конечностей и две пары видоизменённых конечностей (ротовые органы — хелицеры и ногощупальца), служащие для захвата и измельчения пищи.

Рис. \(1\). Внешнее строение паука

Хелицеры служат пауку для захвата добычи. В хелицерах проходят протоки ядовитых желез, выделяющих пищеварительный сок. Рядом с хелицерами находятся короткие, покрытые чувствительными волосками органы осязания — ногощупальца.

Характерной особенностью пауков является образование паутины. Её вырабатывают расположенные снизу брюшка паутинные бородавки (три пары). Из бородавок выделяется жидкость, которая на воздухе быстро превращается в паутину.

Различные части паутинных бородавок выделяют паутину разных типов. Паутинные нити различаются по толщине, прочности, клейкости. Различные типы паутины паук использует для строительства ловчей сети: в её основании более прочные и не липкие нити, а концентрические нити — более тонкие и липкие. Пауки используют паутину для укрепления стенок своих убежищ и изготовления коконов для яиц. Молодые пауки на длинных паутинах перемещаются в пространстве, что способствует их расселению.

Нити паутины пауки используют, чтобы спускаться с опоры на землю и подниматься вверх.

Рис. \(2\). Ловчая сеть паука

В пресных водоёмах обитает паук-серебрянка, который строит своё гнездо в воде из паутины и наполняет его воздухом.

Рис. \(3\). Паук-серебрянка

Глаза у паукообразных простые. Зрение у них не очень хорошее.

Рис. \(4\). Глаза паука

Главную роль в восприятии внешней среды у пауков выполняют органы осязания — чувствительные волоски, расположенные по всему телу. Есть у этих животных и органы химического чувства (органы обоняния и вкуса).

Внутреннее строение

Органами дыхания у пауков являются лёгкие (лёгочные мешки) и трахеи.

У скорпионов — только лёгкие. У клещей органы дыхания отсутствуют и газообмен у них происходит через кожу.

Кровеносная система пауков такая же, как и у других членистоногих. Она незамкнутая; сердце имеет вид трубки с отверстиями и клапанами и расположено в верхней части брюшка. Кровь бесцветная.

Рис. \(5\). Внутреннее строение паука

Пищеварительная система — это рот, глотка, переходящая в сосательный желудок, средняя кишка с пятью парами слепых выростов и задняя кишка. В среднюю кишку открываются протоки печени, которая вырабатывает пищеварительные ферменты.

Паукообразные — хищники. Для нападения на других животных они используют яд видоизменённых слюнных желез и ловчие сети из паутины.

У пауков внекишечное пищеварение. В тело пойманной жертвы они через хелицеры вводят пищеварительный сок, который разрушает внутренности добычи. Затем разжиженное содержимое всасывается сосательным желудком. В средней кишке и печени происходит всасывание образовавшихся веществ. Непереваренные остатки удаляются через анальное отверстие.

Нервная система образована развитым надглоточным узлом и брюшной нервной цепочкой. Но у многих паукообразных (клещей, сенокосцев, пауков) ганглии цепочки сливаются в общую ганглионарную массу. У паукообразных наблюдается сложное инстинктивное поведение.

Паукообразные — раздельнополые животные. Оплодотворение бывает наружное и внутреннее. Встречается у них партеногенез — развитие нового организма из неоплодотворённого яйца.

Обычно паукообразные откладывают яйца, но есть и живородящие.

Развитие прямое, из яиц появляются маленькие животные, похожие по внешнему и внутреннему строению на взрослых. Известны виды, у которых проявляется забота о потомстве: они охраняют кокон с яйцами.

Распространение и значение

Скорпионы обитают в странах с тёплым или жарким климатом, иногда встречаются в горах. Скорпионы выходят на охоту в тёмное время суток. Они выделяют яд, который парализует добычу или убивает её. Скорпионы нападают на других паукообразных, ящериц и мышевидных грызунов. Они могут быть опасны и для человека.

Рис. \(6\). Скорпион

Клещи — отряд паукообразных, у которых голова, грудь и брюшко слились в единое целое.

Клещи обитают везде. Многие виды живут в почве, питаются растительными и животными остатками, мицелием грибов. Среди клещей есть паразиты животных и вредители растений. Паутинные и плодовые клещи повреждают различные культурные растения. Зерновые и амбарные клещи наносят вред запасам зерна.

Некоторые виды клещей опасны для человека. Например, таёжный клещ может передавать возбудителей энцефалита — тяжёлого заболевания нервной системы.

Рис. \(7\). Таёжный клещ

Чесоточные клещи вызывают у человека чесотку. Эти мелкие клещи живут и размножаются в коже. Самки проделывают ходы и откладывают внутри кожи яйца, из которых выходят личинки. Чаще всего клещи поселяются на сгибах тела, где кожа мягкая. При движении клещи раздражают кожу и вызывают сильный зуд. Возбудитель передаётся при контакте здорового человека с заражённым.

Рис. \(8\). Чесоточный клещ (под микроскопом)

Пауки — самые распространённые представители паукообразных. Их известно более \(27\) тысяч видов. При добывании пищи, размножении, расселении пауки используют паутину. Пауки — хищники, основной пищей для них служат насекомые. Но некоторые виды пауков едят и более крупных животных: червей, головастиков, личинок и мальков рыб.

Источники:

Рис. 1. Внешнее строение паука. © ЯКласс

Рис. 2. Ловчая сеть паука. https://cdn.pixabay.com/photo/2020/06/20/08/27/insect-5320069_960_720. 06.11.2021.

Рис. 3. Паук-серебрянка. https://image.shutterstock.com/image-illustration/diving-bell-spider-water-argyroneta-600w-188656346

Рис. 4. Глаза паука. https://cdn.pixabay.com/photo/2014/12/11/19/42/spider-564685_960_720. 05.11.2021.

Рис. 5. Внутреннее строение паука. © ЯКласс

Рис. 6. Скорпион. https://cdn.pixabay.com/photo/2015/02/26/21/11/scorpion-651142_960_720. 05.11.2021.

Рис. 7. Таёжный клещ. https://image.shutterstock.com/image-photo/infected-female-deer-tick-on-600w-1454468096

Рис. 8. Чесоточный клещ. https://image.shutterstock.com/image-photo/itchmite-parasitic-microorganism-human-skin-600w-1350477944

Химия яда пауков

Пауки – самые многочисленные ядовитые животные на планете; число разновидностей насчитывает около 150 тыс., это больше, чем число всех других ядовитых существ вместе взятых. Почти все пауки, только за несколькими исключениями, производят яд, который служит обездвиживания добычи. Однако, содержание яда пауков значительно меняется от вида к виду, и большинство не являются вредными для человека.

Классификация ядов пауков

Первоначально, яды пауков могут быть сгруппированы в две широкие категории: некротические, и нейротоксические. Некротические (цитостатические) яды – те, которые вызывают повреждения клеток и тканей после интоксикации (отравления). Это может привести к появлению воспалений, высыпаний и волдырей. Нейротоксические яды, с другой стороны, оказывают свое воздействие на нервную систему и мешают передаче сигналов между нейронами. В крайних случаях они могут привести к остановке дыхания и остановке сердца. Обратите внимание на то, что яд паука может содержать и некротические и нейротоксические компоненты.

Когда дело доходит до самих компонентов яда они часто группируются в категории согласно их молекулярным массам: низкомолекулярные соединения (до 1000), пептиды (1000-10000), и протеины (более 10000). Для различных видов пауков любая из этих категорий может содержать основной токсичный компонент яда. Несмотря на огромное число различных видов пауков, сравнительно небольшому проценту ядов пауков характеризовали их составы. Обычно, они содержат огромное число составов от всех трех групп.

Низкомолекулярные соединения в яде пауков

Низкомолекулярные соединения состоят из солей, углеводов и малых органических соединений, таких как амины, кислоты и ацилполиамины. Предполагается, что ионы калия в солях могут помочь токсичным частям яда в достижении их молекулярных мишеней в жертвах. Высокие концентрации иона калия могут также затронуть передачу сигналов между нейронами в нервных системах насекомых. Амины, между тем, могут включать нейромедиаторы, такие как серотонин и норадреналин. Они точно так же способны к взаимодействию с нервной системой насекомого, а также помогают распространению яда в их теле.

Ацилполиамины – являются существенными низкомолекулярными токсинами в некоторых ядах пауков, и более 100 из них были охарактеризованы. Часто, яды пауков содержат целый ряд различных ацилполиаминов. Их основная цель в ядах состоит в том, чтобы парализовать насекомых, блокируя глутаматные рецепторы.

Пептиды в яде пауков

Пептиды – главный компонент в большинстве ядов пауков. В среднем они, содержат приблизительно 25% полипептидов по весу, анализ показал, что некоторые отдельные яды могут содержать до 1000 различных пептидов. Некоторые содержат линейные, цитолитические пептиды, которые имеют некротические эффекты. Действие этих цитолитических пептидов относительно неопределенное, и они могут также действовать в синергизме с нейротоксическими компонентами. Было также предположено, что они имеют роль во внешнем пищеварении паука.

Как бы то ни было, дисульфид пептиды являются важной составляющей ядов пауков, в большинстве ядов пауков они – главный токсичный компонент. Они более мощные, чем цитолитические пептиды и также более избирательные с точки зрения их целей. Они имеют тенденцию быть ионными каналами нейронов. Также есть предположение, что некоторые из них, предназначены для отпугивания хищников.

Протеин в яде пауков

Чем выше молекулярный вес компонентов, тем больше ферменты и более крупные белки в составе яда. У ферментов есть очевидная роль во внешнем переваривании добычи, ломая внеклеточные структуры, они также способствуют распространению яда паука. Фермент гиалуронидаза также применяется в целях самозащиты.

Белки редко выступают в качестве токсичного компонента яда. Тем не менее, существует заметное исключение: яд пауков из рода чёрных вдов содержит латротоксины, которые были предметом многих исследований. α-латротоксин, связывается с нервными окончаниями и вызывает огромный выброс нейромедиаторов в синапсы, блокируя передачу сигнала. Эффект от укуса паука «Черной вдовы» может продлиться до 5 дней, убивают они редко.

Токсичные для человека пауки

Как упомянуто в начале, яд большинства пауков в основном безопасен для людей. Есть, тем не менее, есть опасные для человека виды: Вдова (1), Отшельник (2), Странствующий (3) и Воронковые водяные пауки (4).

Применение ядов пауков

Яд пауков используется в медицине. Наибольшее применение нашел яд пауков-птицеедов для изготовления успокаивающих препаратов. Яд чилийского розового птицееда, введенный человеку во время сердечного приступа, помогает спастись от смерти, уменьшить риск фибрилляции. Из яда паука-скрипача изготавливают тромболитические средства.

Способность токсинов оказывать воздействие на конкретных насекомых без вредных воздействий на других животных и людей, означает, что яды пауков – потенциальный источник инсектицидных соединений.

Чилийский розовый птицеед

Статья написана по материалам сайта Compound Interest.

Класс паукообразные: внешнее строение

Паукообразные, называемые также арахнидами (лат. Arachnida), являются основными представителями подтипа хелицеровых. Класс этот обширен и разнообразен, объединяет более 100 тысяч видов. Паукообразные почти все хищники (кроме некоторых клещей да пауков-скакунов — например Bagheera kiplingi вегетарианец и питается листьями акации), есть среди них и паразиты. Живут паукообразные в основном на суше, а именно в верхних слоях почвы, на поверхности, а также на растениях. Пауки к тому же охотно поселяются в домах, особенно в темных тихих чуланах. Некоторые представители класса вернулись к жизни в воде, как, например, морские пауки.

Паукообразные — чрезвычайно древние организмы. Они развились в кембрии от прибрежных трилобитов. Сейчас к паукообразным относят весьма отличающихся по внешнему виду животных — сравните округлого маленького клеща и скорпиона с его выразительным загнутым хвостом. Пауки — красивейшие создания, они подчас имеют невероятную окраску и повышенную мохнатость. И все-таки, несмотря на определенное изящество, пауки часто вызывают у людей страх, доходящий до тяжелой арахнофобии.

Строение паукообразных

1. Тело представлено головогрудью и брюшком. У пауков эти отделы соединяются узкой перемычкой, у скорпионов тело отчетливо поделено на сегменты, а вот у клещей отделы сливаются в единое образование.

2. Покрывает тело хитиновый слой, кутикула, которая выделяется из нижнего слоя, гиподермы. Хитиновая кутикула имеет трехслойную структуру, а именно: эпи-, экзо- и эндокутикула. Изнутри к ней крепятся пучки мышц. Паукообразные в ходе линьки сбрасывают хитин, это позволяет им увеличиваться в размерах с возрастом. Эпикутикула обеспечивает надежную защиту от пересыхания — именно поэтому пауки или те же скорпионы не боятся жить в крайне засушливых регионах.

3. Головогрудь снабжена шестью парами одноветвистых конечностей. Первая пара — это хелицеры, то есть верхние челюсти (мандибулы), которыми можно и укусить жертву, и впустить в ее тело яд. На верхушке хелицеров для этого имеется острый коготок, который входит в ядовитую железу.

4. Следующая пара — укороченные ногощупальца, или педипальпы, которые иногда называют нижними челюстями (максиллами). У скорпионов они модифицировались в громоздкие клешни, а у сольпуг скорее напоминают ходильные ноги.

5. Оставшиеся четыре пары конечностей — это собственно ходильные ноги. У паука-крестовика они заканчиваются коготками, специальными гребенчатыми приспособлениями, которыми паук натягивает паутину. У ложноскорпиона ноги снабжены еще и присосками для передвижения по вертикальным поверхностям.

6. На брюшном отделе конечности либо не растут вовсе, либо видоизменены и представлены органами осязания, легочными мешками, паутинными бородавками и пр. Например, тот же крестовик имеет шесть парных паутинных бородавок в конце брюшка.

7. Важнейшим и очень ранним приобретением пауков стал паутинный аппарат (железы и бородавки). Паутинные железы находятся на нижней стороне брюшка. Их протоки открываются в основном к паутинным бородавкам, или рядом. Для разных жизненных целей пауки выделяют отличающуюся по плотности и клейкости паутину. У ложноскорпионов и паутинных клещей также идет выделение паутины, но она выходит из других органов, например, из хелицер.

Хочешь сдать экзамен на отлично? Жми сюда - репетитор по биологии онлайн

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».

Внутреннее строение и процессы жизнедеятельности паука (пищеварительная, дыхательная, кровеносная, выделительная и нервная системы) | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Раздел:

Тип Членистоногие

Полость тела у паука, как и у рака, заполнена гемолимфой.

Пищеварительная система паука. Пищеварение у паука начинается вне его организма и потому называется внешним. Внутренности жертвы, разжиженные пищеварительными соками, всасываются через рот вследствие сокращения стенок желудка. Пища поступает в глотку, из нее — в пищевод. Продолжается пищеварение в желудке и кишечнике. Непереваренные остатки пищи выделяются через анальное отверстие.

Дыхательная система паука (рис. 22.6). Газообмен у паука-крестовика происходит в двух легочных мешках и трахеях, открывающихся в окружающую среду. Стенки легочных мешков образуют многочисленные пластинчатые складки, увеличивающие площадь газообмена. Внутри складок циркулирует гемолимфа. Трахеи представляют собой трубочки из эпителия и тонкой кутикулы. Она образует упругие спиральные утолщения, предотвращающие спадание трахей. В отличие от легочных мешков, откуда кислород поступает в гемолимфу, трахеи поставляют кислород непосредственно к органам. Легочное дыхание имеет для паука большее значение, чем газообмен с помощью трахей.

Рис. 22.6. Внутреннее строение паука: 1 — рот; 2 — пищевод; 3 — желудок; 4 — кишечник; 5 — анальное отверстие; 6 — легочный мешок; 7 — трахеи; 8 — сердце; 9 — мальпигиевы сосуды; 10 — головной мозг; 11 — узлы брюшной нервной цепочки; 12 — ядовитая железа; 13 — паутинные железы; 14 — половая система

Кровеносная система у паука незамкнутая, сердце расположено на спинной стороне брюшка и напоминает трубочку.

Система выделения паука образована мальпигиевыми сосудами. Одним концом эти трубочки слепо замкнуты в полости тела, а вторым открываются в кишечник. Вещества, которые нужно выделить, из гемолимфы поступают в мальпигиевы сосуды, а оттуда — в кишечник и с непереваренными остатками пищи выводятся из организма.

Нервная система и органы чувств паука. У паука хорошо развит надглоточный нервный узел — головной мозг. Узлы брюшной нервной цепочки срастаются. От мозга нервы идут к хелицерам, ногощупальцам, органам чувств, от нервной цепочки — к другим органам. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Глазки (рис. 22.7) расположены на головогруди паука так, что каждая их пара направлена в свою сторону. Для животного, которое не может поворачивать голову, это очень важно, поскольку позволяет одновременно видеть значительную часть окружающей среды. Но похвастать хорошим зрением паук не может: все его глазки имеют простое строение. Воспринимать колебания ловчей сети и другие прикосновения пауку помогают органы осязания — волоски на его теле. На ногах и ногощупальцах расположены также органы химической чувствительности.

Рис. 22.7. Органы чувств паука: глазки и волоски (а). Глазки и хелицеры пауков разных видов (б)

На этой странице материал по темам:

Пауки процессы жизнедеятельности
Строение и м процессы жизнедеятельности паука- кристовика
Разобрать паука по кровеносной и нервной системе
Нервный узел у паука
Реферат про внутреннее строение паука

Вопросы по этому материалу:

Где у паука начинается процесс пищеварения, где продолжается?
Назовите отличия между дыхательной системой пауков и раков.
Чем отличаются органы зрения рака и паука?

(PDF) Морские пауки

ходильных ног,

г - протонимфон Phoxichilidium femoratum c удлиненными жгутовидными ножками (эндопаразиты

гидроидов).

Лишь для отдельных видов морских пауков разработаны методики лабораторного

содержания, которые помогают полностью описать их развитие. Лучше всего к

настоящему времени изучен жизненный цикл и онтогенез Pycnogonum litorale. Личинки

этого вида паразитируют вначале на гидроидах Tubularia, а затем, после замены

личиночных конечностей и хоботка дефинитивными, поселяются на актиниях Metridium,

питаясь их тканями. Продолжительность жизни нескольких особей Pycnogonum в

лаборатории составила шесть лет (а одна самка прожила девять лет), при этом они

периодически линяли и размножались в течение нескольких сезонов [6].

У многих видов морских пауков сезон размножения растянут на несколько месяцев, а у

других сравнительно короток. По-видимому, многие формы, живущие у нижней границы

литорали, на зиму мигрируют глубже в сублитораль [7]. Жизненные циклы и сезонные

миграции у пикногонид изучены очень слабо. То же можно сказать в целом о биологии

морских пауков, их функциональной морфологии, физиологии, филогении,

палеонтологии. Многие из этих проблем начали разрабатывать только во второй половине

XX в.

Родственные связи

Филогенетические связи пикногонид неясны, окончательно не определено даже их место

в системе членистоногих. Совсем недавно для решения этой проблемы стали применять

методы молекулярной систематики, однако далеко не исчерпаны и возможности

сравнительно-анатомического метода. От ранних гипотез о возможном родстве морских

пауков с ракообразными сейчас отказались. Несомненно, эти животные ближе к

хелицеровым (в эту группу входят мечехвосты, скорпионы, пауки и клещи), нежели к

мандибулатам (к ним относятся ракообразные, многоножки и насекомые). Хелифоры и

пальпы морских пауков можно рассматривать как гомологи хелицер и педипальп

хелицеровых, и специалисты, опирающиеся на эту гомологию, включают пикногонид в

подтип хелицеровых в ранге класса. Такое представление принято не всеми зоологами.

Трудно сравнивать отделы тела пикногонид и хелицеровых, поскольку анатомия и

эмбриология морских пауков изучены недостаточно, кроме того, они обладают

уникальными чертами строения. Только у морских пауков есть яйценосные ножки и столь

сложно устроенный хобот, обеспечивающий своеобразный механизм поглощения и

обработки пищи. Необычны большое число половых отверстий и их локализация на

вторых члениках ног. Только морским паукам свойственно столь малое число сегментов,

причем, по-видимому, олигомеризация у них не была связана с уменьшением размеров

тела. Брюшко современных пикногонид тоже укороченное, сильно редуцированное,

однако у ископаемых видов это было не так.

Анатомия паука - Spidentify

Пауки имеют следующие основные характеристики:

- Две части корпуса; головогрудь
  и брюшко
- Восемь ножек
- Педипальпы (щупальца)
- Прядильные машины (шелковые прядильные органы)
- Глаза (6 или 8)
- Хелицеры (ротовой аппарат)
- Клыки (соединенные с хелицерами)

Нажмите на схему НИЖЕ, чтобы увидеть эти функции

Головогрудь

Передняя половина тела паука, представляющая собой совмещенную голову и грудную клетку.

Брюшная полость

Задняя часть тела, содержащая внутренние органы и способная расширяться и сжиматься в соответствии с состоянием паука.

Хелицеры

Пара подвижных придатков перед ртом пауков, включая клыки.

Педипальпы

У пауков есть пара педипальп, которые выполняют сенсорные функции, могут манипулировать пищей и используются самцами при спаривании.

фильеры

Органы на кончике брюшка паука, которые манипулируют шелком, когда он выходит из шелковых желез, позволяя пауку использовать его различными способами.

Ноги

Пауки имеют восемь ходильных ног, каждая из которых состоит из семи члеников. Пауки с длинными педипальпами (например, тарантулы) иногда кажутся десятиногими, однако это не так.

В Австралии насчитывается около 4000 видов пауков, и их разнообразие поистине невероятно.Они варьируются от крупных, коренастых норников до миниатюрных красочных паутинщиков и всего, что между ними. Хотя все они имеют основные функции, перечисленные выше, их не всегда легко увидеть или отличить. Эти два изображения представляют каждую из двух основных групп (инфраотрядов) пауков в Австралии; «примитивные» Mygalomorphae и «современные» Araneomorphae.

Мигаломорфов часто называют примитивными пауками, поскольку они сохранили многие черты, которыми обладали их родственники в очень ранней летописи окаменелостей. У них есть большие направленные вниз клыки, которые примерно параллельны друг другу и удерживаются под пауком, когда они не используются.

У них есть четыре книжных легких, названных в честь их сходства со страницами книги. Эти книжные легкие позволяют воздуху входить и циркулировать вокруг тонких пластинок, обильно снабженных гемолимфой (кровью).

Пауки-мигаломорфы имеют длинные пальцеобразные фильеры, которые часто хорошо видны сверху. Их глаза довольно маленькие и часто сгруппированы вместе.Большинство из них - роющие виды, которым для выживания требуется относительно высокая влажность. В эту группу входят тарантулы, паутины-воронки, люки и пауки-мыши.

Аранеоморфов обычно называют современными пауками, потому что их черты эволюционировали позже, чем у мигаломорфов. Аранеоморфы гораздо разнообразнее по внешнему виду и поведению, чем их примитивные собратья, и обитают практически во всех пригодных для жизни местах на Земле, включая наши дома. Эта группа включает в себя виды, с которыми люди часто сталкиваются и которые наиболее знакомы, такие как пауки-кругопряды, пауки-прыгуны, пауки-волки и охотники.

Пауки-аранеоморфы имеют похожие на клешни клыки, которые сжимаются или перекрещиваются. У них два книжных легких и дыхальце (небольшое отверстие, ведущее к тонким дыхательным трубкам, снабжающим кровью непосредственно гемолимфу и органы). Хотя в эту группу входит много мастеров-строителей паутины, фильеры этих пауков часто маленькие и их трудно увидеть.

Размер и положение глаз аранеоморфов различаются так же, как и их внешний вид. У некоторых шесть глаз, но у большинства восемь, расположенных попарно.У некоторых видов, таких как круговые ткачи, крошечные глаза и плохое зрение. Другие, такие как пауки-прыгуны и пауки-волки, имеют несколько увеличенные глаза и отличное зрение. Проще говоря, глаза пауков соответствуют их стилю охоты.

Сложная структура паутины

Первичная структура.

Шелк паука в основном состоит из белков, которые содержат большое количество неполярных и гидрофобных аминокислот, таких как глицин или аланин, но, например, не содержат или содержат очень мало триптофана.⁴ ^, ¹³ ^, ¹⁴ По сравнению с обычными клеточными ферментами очевидно, что белки шелка демонстрируют весьма аномальный аминокислотный состав (). Более того, белки шелка пауков содержат повторяющиеся аминокислотные последовательности, особенно в их большом сердцевинном домене (4).

(A) Аминокислотный состав трех распространенных белков в сравнении с шелком паука. (B) Модель иерархической структуры белка шелка MA. Например, Araneus diadematus Fibroin-3 (ADF3) имеет высоко повторяющийся основной домен, окруженный двумя неповторяющимися доменами (аминотерминальный домен: NRN; карбоксиконцевой домен: NR _c).Аминоконцевой домен также содержит сигнальную последовательность секреции, обеспечивающую экспорт белка. (C) Аминокислотные мотивы белков шелка. Различные мотивы аминокислот, присутствующие в шелках MA и Flag, коррелируют с их предполагаемой структурой и их влиянием на конечные свойства нити. Хотя функция неповторяющихся частей до конца не изучена, считается, что эти части играют роль в запуске сборки паутины.

Повторяющиеся последовательности часто составляют более 90% всего белка шелка пауков и состоят из коротких полипептидных отрезков примерно из 10–50 аминокислот.Эти мотивы могут повторяться более ста раз в пределах одного отдельного белка. Таким образом, каждый повтор полипептида имеет различные функциональные особенности, что приводит к выдающимся механическим свойствам нитей шелка паука. ¹⁵ Шелк MA и Flag содержит до четырех типичных олигопептидных мотивов, которые повторяются несколько раз: [I] (GA) _n /(A) _n , [II] GPGGX/GPGQQ, [III] GGX (X = A, S или Y) и [IV] «спейсерные» последовательности, которые содержат заряженные аминокислоты (). ¹⁶ ^, ¹⁷ Структурный анализ показал, что олигопептиды с последовательностью (GA) _n /(A) _n склонны к образованию α-спиралей в растворе и β-слоистых структур в собранных волокнах.¹⁸ ^, ¹⁹ Структуры, приобретаемые олигопептидами с последовательностями GPGGX/GPGQQ и GGX, еще не идентифицированы. В нескольких исследованиях описывается, что эти области принимают аморфные каучукоподобные структуры, ²⁰ ^, ²¹, тогда как другие предполагают образование 3 ₁ -спиральной структуры. ¹⁸ Шелк в форме жгутика, обычно богатый мотивами GPGGX и GGX, предпочтительно складывается в структуры с β-поворотами, что приводит к образованию правосторонней β-спирали при укладке (13, 14, 30).¹⁶ ^, ²²

Помимо повторяющегося корового домена на концах белка расположены неповторяющиеся участки. ²³ Эти неповторяющиеся терминальные домены белков имеют решающее значение для сборки белков шелка пауков в волокна. Регионы составляют ок. 100–200 аминокислот и демонстрируют, в отличие от повторяющегося ядра, четко определенные вторичные и третичные структуры в растворе. ²⁴ ^, ²⁵ Благодаря консервативным остаткам цистеина эти домены могут образовывать межмолекулярные дисульфидные связи и, таким образом, способны стабилизировать димеры и мультимеры в окислительных условиях.Следовательно, считается, что эти домены инициируют и определяют сборку белков шелка. ²⁶ ^– ²⁸ Было идентифицировано несколько карбокси-концевых неповторяющихся последовательностей различных видов шелка и пауков, что свидетельствует о высокой степени гомологии последовательностей среди этих доменов. ²⁴ ^, ²⁹ ^, ³⁰

Однако до сих пор была идентифицирована только одна полноразмерная последовательность белка шелка флага из Nephila clavipes , охватывающая оба конца.Кроме того, только недавно было сообщено о первой полноразмерной последовательности MA шелка паука черной вдовы. ³¹

В отличие от гена шелка Flag, в обоих проанализированных генах шелка MA отсутствуют интроны, состоящие из необычно больших экзонов (>9000 п.н. кодирующей последовательности). Большие экзоны могут быть результатом процессов удвоения генов в ходе эволюции. Кроме того, гены с более короткими интронами, как правило, демонстрируют более высокую скорость экспрессии, чем гены с большими интронами ³², а шелк пауков сильно экспрессируется на протяжении всей жизни паука.

Первичная структура белков шелка пауков демонстрирует специфический характер гидрофобности с чередованием гидрофильных и гидрофобных блоков в их сердцевинных доменах. Такой амфифильный состав напоминает поверхностно-активные вещества или биологические мембраны и, в случае шелка паука, считается решающим для разделения фаз в процессе прядения (см. ниже). ³³ ^– ³⁵ Кроме того, необычный амфифильный паттерн может быть ответственным за образование мицелл, постулируемых как промежуточные структуры во время сборки нити (см. ниже).³⁶

Четвертичная структура и стабильность белка.

После секреции шелковыми железами протеины шелка находятся в водном растворе и не имеют существенной вторичной или третичной структуры. ³⁷ Однако длинные повторяющиеся последовательности, особенно в их повторяющихся коровых доменах, обеспечивают слабые, но многочисленные внутри- и межмолекулярные взаимодействия между соседними доменами и белками при прохождении через вращающийся канал. Эти взаимодействия приводят к образованию вторичной, третичной и четвертичной структуры.Рентгеноструктурный анализ конечной структуры шелковых нитей МА привел к выявлению областей с высокой электронной плотностью, внедренных в области с низкой электронной плотностью (). ² ^, ³ ^, ³⁸ В постулируемой модели этой структуры области с высокой электронной плотностью содержат кристаллические подструктуры с высоким содержанием β-листов. ³⁹ Считается, что эти подструктуры отвечают за механическую прочность шелковой нити. Эластичность шелка основана на участках с низкой электронной плотностью, которые характеризуются аморфными структурами с немногочисленными элементами вторичной или сверхвторичной структуры. ⁴⁰ , ⁴¹ Такое расположение очень похоже на белковые гидрогели. ⁴² При растягивающей нагрузке гидрогелеобразные участки могут частично деформироваться, что способствует эластичности и гибкости нити.

Схематическая структура паутинного шелка MA. Нить состоит из небольших кристаллических субъединиц, богатых b-листами (см. крупный план), которые встроены в аморфную структуру.Кристаллическая и некристаллическая части ковалентно связаны, обеспечивая сосуществование прочности и пластичности. Диаметры нитей МА зависят от вида, а также от возраста, веса и состояния здоровья конкретного человека.

Различные типы шелка имеют разное структурное распределение (например, разный состав кристаллических и гидрогелевых частей). Шелк МА, который используется для построения каркаса полотна, содержит большое количество кристаллических (β-листовых) структур. Напротив, гораздо более гибкий шелк Flag состоит почти исключительно из аморфных гидрогелеподобных областей.Таким образом, корреляция между структурой и функцией отдельных белков шелка пауков становится очевидной. Однако в будущем необходим более подробный анализ, чтобы охарактеризовать структурно-функциональные отношения отдельных белков шелка пауков.

Части тела паука | HowStuffWorks

У пауков те же основные системы организма, что и у людей, но они работают по-разному и устроены в теле по-другому. Головогрудь содержит мозг, желудок, глаза и рот, а брюшная полость содержит сердце, пищеварительный тракт, репродуктивные органы и легкие.

Дыхание паука

У пауков есть два разных типа дыхательной системы — трахея и книжные легкие (у большинства видов есть обе, но у некоторых есть одна или другая). По сравнению с человеческими легкими эти дыхательные системы невероятно просты. Трахеи — это просто длинные трубки, идущие от щели в экзоскелете через тело. Воздух поступает внутрь, кислород диффундирует в кровь, а углекислый газ диффундирует в воздух. Нормальное движение паука обеспечивает всю необходимую энергию для проталкивания воздуха внутрь и наружу.Книжные легкие представляют собой серию очень тонких листообразных структур (как страницы в книге). Внутренняя часть каждого листа наполнена кровью, а внешняя открыта воздуху. Как и в трахее, в легких происходит обмен кислорода и углекислого газа путем диффузии.

Кровь паука

Кровь паука, называемая гемолимфой , обеспечивает циркуляцию кислорода, питательных веществ и гормонов в различных органах тела. В отличие от людей, у пауков открытая кровеносная система . Простое сердце паука — трубка, окруженная мышцей, с односторонним клапаном на каждом конце — перекачивает кровь в полость тела, вокруг органов паука.Органы получают кислород, потому что они пропитываются кровью.

Мозг паука

Одно из самых удивительных свойств пауков — то, как много они могут сделать с таким маленьким мозгом. Центральная нервная система паука состоит из двух относительно простых ганглиев или скоплений нервных клеток, соединенных с нервами, ведущими к различным мышцам и сенсорным системам паука. Простые инструкции, закодированные в этих нервных клетках, дают паукам всю информацию, необходимую им для выполнения сложных задач, таких как создание сетей и нападение на добычу.Некоторые виды даже демонстрируют обучающее поведение. Если что-то не работает — например, паутина в определенном месте — паук откажется от этой деятельности и попробует что-то новое.

Зрение паука

Хотя у большинства пауков несколько пар глаз, у подавляющего большинства видов зрение является вторичным чувством. Большинство пауков в основном взаимодействуют с миром посредством тактильных ощущений. Они покрыты очень чувствительными волосками, которые улавливают даже слабые вибрации того, на чем стоит паук (например, на земле, полу, листе или паутине).У многих пауков есть дополнительные волоски, называемые trichobothria , которые улавливают колебания воздуха (звук). У большинства пауков также есть чувство вкуса и обоняния, которые играют роль в питании и размножении.

Лапы паука

Многие пауки имеют специальные приспособления, позволяющие им легко передвигаться по относительно гладким или вертикальным поверхностям. Конец каждой ноги покрыт густыми кисточками волос, а конец каждого волоса покрыт крошечными микроскопическими «лапками». Все крошечные лапки захватывают небольшие неровности на том месте, по которому ходит паук, позволяя пауку легко передвигаться по большей части местности (гладкая поверхность ванны является заметным исключением для многих видов).

Вторичная рама паутины-сферы: деталь, которая имеет значение

При поимке добычи паутина-сфера должна передавать контактное усилие от точки удара к причалу, тем самым играя конструктивную роль. Эффективным способом визуализации того, как сила передается от точки приложения к границам, является рисование траекторий нагрузки , показывающих, как нагрузка течет через различные элементы. В вантовых конструкциях, таких как паутина, пути можно легко изобразить, нарисовав более толстые нити пропорционально интенсивности передаваемой силы.Никаких других графических символов не требуется, поскольку идеальные кабели передают один вид внутренней силы (осевой) в одном направлении (натяжение). Типичный пример схемы путей нагрузки в тросовой конструкции показан на рис. 1с, где горизонтальный трос, закрепленный на его концах, тянется вниз одновременно разными нитями. Из-за гибкости троса каждое соединение между нитью и кабелем смещается к точке D . Однако соединения ближе к концам A и E кабеля требуют более высокой тянущей нагрузки для смещения вниз из-за близости жестких зажимов.Кроме того, суставы ближе к средней точке B демонстрируют более высокую гибкость при натяжении вниз. Следовательно, усилие на конкретной резьбе будет возрастать по мере приближения к точкам А или Е . В конструкции с сильным несоответствием жесткости значительно более жесткие элементы обычно склонны к преждевременному разрушению. Поэтому становится очевидным, что структура на рис. 1в работает некорректно. На самом деле общая производительность не будет значительно изменена, если удалить центральные нити, поскольку нагрузка проходит через наиболее натянутые элементы, тогда как самые слабые будут нести небольшую часть внешней силы.

Вышеупомянутое исследование производительности конструкции, изображенной на рис. 1в, является центральным для обсуждения результатов, представленных в данной работе, ввиду его топологического сходства с расположением радиальных нитей, соединенных с сегментом основного или вспомогательного каркаса в паутине сфер. Это дает представление о распределении напряжений между различными радиальными витками, изображенными на рис. 3. В отсутствие вторичной рамы α _sf = 0 самые жесткие соединения радиальной рамы с рамой соответствуют радиальным нити, соединенные с концами основных нитей рамы, которые крепятся к швартовке.Напротив, суставы ближе к середине основного каркаса более гибкие. Соответственно, увеличивается напряжение в направлении нитей, выровненных со швартовкой. Однако для стенки с максимальной длиной вспомогательного шпангоута α _sf = 1,7 распределение напряжений обратное: напряжение увеличивается в направлении радиальных осей, совпадающих с биссектрисой швартовки, так как теперь жесткость увеличивается по мере приближения к стыку. между двумя вторичными нитями рамы. Следовательно, оба крайних случая показывают подмножество радиальных резьб с более высокой вероятностью повреждения.Вместо этого промежуточная длина вторичной рамы (например, α _sf = 1,0) выравнивает распределение жесткости между различными радиальными элементами.

Как следствие вышеизложенного, некоторые структурные неисправности могут быть выявлены при отсутствии вторичной рамы или при ее слишком большом размере. Подмножество радиальных нитей связано с жесткими соединениями, несущими большую часть нагрузки и не позволяющими другим играть структурную роль. Кроме того, более жесткие радиальные нити остаются выровненными с контрольной (исходной) плоскостью шелковой структуры, обращенными под довольно нормальным углом к направлению нагрузки (в случае наихудшего события удара, а именно перпендикулярно полотну).Кабельные конструкции в этих условиях работают неэффективно, склонны к выходу из строя и препятствуют поглощению энергии добычи (рис. 5а, б). Кроме того, если удар происходит вдали от радиальных нитей, соединенных с жесткими соединениями, они действуют как барьер, препятствующий распределению нагрузки по всей конструкции. Затем напряжение локализуется в зоне удара, где спиральные нити могут выйти из строя (рис. 5c, d). Другой недостаток связан с наличием жестких радиальных нитей: снижается податливость всего полотна и его деформация при ударе.Поэтому потенциальное преимущество рассеивания энергии за счет аэродинамического сопротивления, которое может играть решающую роль ^26,27,28 , в значительной степени теряется.

.
( a , b ) воздействие на более жесткие радиальные балки; ( c , d ) воздействие на биссектрису или более жесткие лучи.Нагрузка воспринимается в основном жесткими радиальными нитями или приурочена к ограниченному ими сектору.
Следует также отметить, что распределение радиального напряжения при разрушении, изображенное на рис. 3, согласуется с выводами Крэнфорда и др. . ¹⁴ . Синергия между материалом и формой паутины шара обеспечивает жертвенные элементы как средство предотвращения потенциально разрушительных нагрузок и уменьшения широко распространенных структурных повреждений. Как видно из рис. 3, действие жертвенной нагрузки локализовано в радиальных нитях, непосредственно затронутых ударом, независимо от места удара и длины вторичного шпангоута.Некоторые радиалы берут на себя нагрузку, в то время как другие имеют значительно меньшую прочность шелка. Это приводит к локальному сбою, что позволяет сети оставаться работоспособной. Однако функциональность не означает, что способность пораженной паутины задерживать добычу остается на прежнем уровне. Любая деградация, будь то из-за незначительной неустранимой деформации резьбы или из-за полного разрыва радиального элемента, приводит к тому, что полотно остается провисшим и снижает способность полотна поглощать энергию для будущих ударных воздействий.Более того, даже если пауки способны эффективно чинить паутину ²³ , они расходуют энергию в процессе восстановления. Поэтому любое улучшение расположения шелковых нитей, снижающее вероятность их повреждения, следует считать полезным. В этом смысле промежуточная длина вторичной нити рамы приведет к лучшим ударным характеристикам полотна без заметного увеличения объема вложенного шелка. Это последнее утверждение будет далее развито ниже с анализом энергии, поглощаемой паутиной, и вероятности неудачи при захвате добычи.
Вышеупомянутый анализ распределения напряжений между различными нитями теперь завершен следующим анализом, сосредоточенным на энергетических аспектах. Как будет видно ниже, эти два анализа тесно связаны, поскольку способность паутины рассеивать энергию удара жертвы (которая потенциально может воздействовать на любую точку области захвата) является прямым следствием сбалансированного распределения жесткости между ее паутиной. радиальные. Рисунок 4 предлагает широкую перспективу структурных характеристик полотна, поскольку рассматривается любая возможная точка удара в зоне захвата.Во-первых, сосредоточив внимание на двух крайних случаях α _sf = {0, 1,7}, мы видим два противоположных энергетических профиля. В первом случае, соответствующем α _sf = 0 (рис. 4а), стенка обеспечивает минимальную способность поглощения энергии при ударе по радиальным нитям, совпадающим со швартовкой. Как обсуждалось выше, эти нити могут выйти из строя, потому что они соединены с жесткими точками. Напротив, по мере того, как добыча ударяется о радиальные нити вдали от швартовки, паутина демонстрирует более высокую податливость и более сильное поведение. Следовательно, в отсутствие вторичного каркаса реакция конструкции сильно зависит от точки удара. При этом среднее значение энергии ниже, чем на рис. 4б,в. В целом мы обнаруживаем ненадежную работу конструкции в качестве ловушки для добычи.
Теперь сосредоточимся на профиле, соответствующем максимальной длине вторичного кадра α _sf = 1,7 (рис. 4в). В этом случае распределение пиковых значений противоположно предыдущему случаю. Решетка обеспечивает максимальную способность поглощения энергии при ударе по радиальным нитям, совмещенным со швартовкой.Теперь эти нити соединены с гибкими точками, что обеспечивает хорошую производительность, тогда как радиальные нити, выровненные по биссектрисе швартовки, более жесткие, что приводит к меньшему рассеиванию энергии при ударе. При сравнении значений энергии со значениями, полученными для α _sf = 0, дисперсия ниже, а среднее выше, что свидетельствует о благотворном влиянии вторичного кадра. Однако сохраняются относительно большие различия между значениями на гребнях и впадинах поверхности.
На рис. 4б показано переходное поведение для промежуточного значения α _sf = 1.0, с большей равномерностью пространственного распределения энергий, как это наблюдалось при распределении радиальных напряжений и более сбалансированной работой. В любом случае полезно количественно оценить эту производительность и сравнить ее с результатами, соответствующими другим длинам вторичного кадра. Предполагая, что любая точка зоны захвата имеет одинаковую вероятность поражения насекомым, и используя функцию E _f ( r , θ), обеспечивающую распределение поглощенных энергий, можно рассчитать вероятность провал паутины при заданном значении кинетической энергии жертвы (см. раздел «Методы»).На рис. 6 показаны соответствующие результаты для пяти различных длин вторичной рамы, рассматриваемых в анализе. Полотно без вторичного шпангоута (α _sf = 0) показывает наихудшие характеристики, с наибольшей вероятностью повреждения при заданном значении энергии удара. Как только добавляется вторичная рама (α _sf = 0,6), улучшение становится заметным, что еще раз подчеркивает важность этой нити, и преимущество увеличивается с ее длиной.
Рис. 6
Вероятность разрушения полотна в зависимости от энергии удара для разной длины вторичной рамы.
Примечательно, что длинные резьбы вторичной рамы (α _sf > 1,4) не дают дополнительного усиления, поскольку, как указано выше, некоторые радиальные элементы начинают вести себя более жестко. Кроме того, изучая стоимость производства, мы обнаруживаем, что полотно с более длинным вторичным каркасом требует дополнительных затрат на шелк: объем, вложенный в полотно шара, увеличивается примерно на 6% с α _sf = 0 до α _{. sf} = 1.7. Следовательно, дальше определенной длины пауку невыгодно плести паутину с более длинными сегментами вторичного каркаса, так как конструктивные преимущества неощутимы и, кроме того, уменьшается площадь захвата. Наблюдение за настоящей паутиной сфер свидетельствует о том, что пауки систематически избегают радиальных соединений, связанных с причаливанием, вставляя вторичную нить рамы, но концы этих нитей никогда не располагаются очень близко друг к другу. Нахождение оптимального значения α _sf подтверждает преимущество использования вторичной рамы средней длины.Конкретное значение, найденное здесь, безусловно, связано с конкретными условиями текущей работы. В любом случае, этот анализ полезен для понимания того, как пауки используют ограниченное количество шелка для создания архитектурно превосходных структур.
Ранняя стадия строительства шарового полотна, когда закладываются анкер, каркас и начальные радиусы, не следует фиксированному шаблону поведения ^29,30 . Скорее, паук гибко реагирует, чтобы приспособиться к очень изменчивой среде.Это означает, что паук размещает, перемещает и убирает нити до тех пор, пока не появится прото-концентратор с небольшим количеством прото-радиусов. Позже некоторые сегменты этих радиалов становятся частью рамы или швартовки, поскольку паук прикрепляет к ним новые нити и формирует окончательный каркас паутины. Таким образом, размещение начальных радиальных балок, рамы и швартовки не следует четкому порядку приоритета. В любом случае, структурные характеристики паутины сфер определяются ее конечной топологией, то есть тем, как шелковые нити соединяются друг с другом, что приводит к выдающимся характеристикам.И здесь проявляется важность процесса строительства: крестовине удается избежать радиальных соединений, соединенных слишком близко к анкерам, чтобы достичь равномерного распределения жесткости между радиальными элементами, что в конечном итоге привело бы к преждевременному выходу из строя. Вторичная рама обеспечивает высокоэффективное решение при низкой стоимости шелка, без необходимости изгибать радиальные элементы или увеличивать расстояние между соседними радиусами вокруг швартовных нитей.
В природе существует сильная тенденция к максимальному использованию ограниченных ресурсов; экономия рабочей энергии позволяет организму выделять больше энергии на воспроизводство. Согласно этому исследованию, использование вторичного каркаса, особенности паутины, которой обычно пренебрегают, позволяет пауку достичь более высокой структурной эффективности. Конечно, паутина — это многофункциональная система, и на ее геометрию могут влиять и другие факторы. В любом случае, разделение каждого из этих факторов и рассмотрение их по отдельности является подходящей методологией для улучшения нашего общего понимания замечательных характеристик паутины сфер и для достижения значительных успехов в создании структур, вдохновленных биосферой.Становится ясно, что в сильном эволюционном контрасте между топологическими изменениями в паутине, которые улучшают перехват и удержание добычи, и теми, которые снижают энергетические затраты, природа находит большие возможности для улучшения посредством тонких — и, казалось бы, не относящихся к делу — деталей.
Шелк паука
Шелк паука
Химическая структура
Шелк драглайна Золотого ткацкого станка паук является наиболее изученным в научных исследованиях. Шелк паука представляет собой природный полипептид, полимерный белок и относится к группе склеропротеинов, также включает коллаген (в связках) и кератин (в ногтях и волосах). Все эти белки обеспечивают структуру. Белок в драглайне шелк фиброин (М _р 200000-300000) который представляет собой комбинацию белков спидроина 1 и спидроина 2. точный состав этих белков зависит от факторов, включая вид и рацион питания. Фиброин состоит примерно из 42% глицина и 25% аланина. основные аминокислоты. Остальные компоненты представлены в основном глутамином, серином, лейцин, валин, пролин, тирозин и аргинин.Спидроин 1 и спидроин 2 отличаются в основном содержанием в них пролина и тирозина.
Аланин Глицин

Структура спидроина
Спидроин содержит полиаланиновые участки, в которых от 4 до 9 аланинов соединены вместе в блокировать. То Эластичность паучьего шелка обусловлена богатыми глицином областями, где последовательность пять аминокислот постоянно повторяются. А 180 поворот (б-поворот) происходит после каждой последовательности, в результате чего получается b-спираль. Захватный шелк, самый эластичный вид, содержит в среднем около 43 повторов. и способен продлить 2-4 раз (>200%) его первоначальная длина, тогда как шелк драглайна повторяется всего около девяти раз и способен растягиваться только примерно на 30% от своей первоначальной длины. Встречаются также богатые глицином повторяющиеся сегменты, состоящие из трех аминокислоты. Эти поворачивайте после каждого повторения, чтобы получить плотную спираль и может действовать как переходный структура между полиаланиновой и спиральной областями.
Структура из паутины
жидкий дурман представляет собой жидкокристаллический раствор, в котором молекулы белка могут двигаться свободно, но некоторый порядок сохраняется в том смысле, что длинная ось молекул лежит параллельно, что приводит к некоторым кристаллическим свойствам. Считается, что молекулы спидроина скручены в палочки. структуры в растворе, а затем разворачиваются, образуя шелк.

Рисунок из ссылки 2
Во время их прохождение через сужающиеся трубки к фильере белковых молекул выравниваются, и частичная кристаллизация происходит параллельно оси волокна. Это происходит за счет самосборки молекул полиаланина. области соединяются вместе посредством водородных связей, образуя складчатые b-листы (высокоупорядоченные кристаллические области). Эти b-листы действуют как поперечные связи между белковыми молекулами и придают высокую растяжимость сила на шелке.

Это не является простым совпадением то, что основными аминокислотами паучьего шелка являются аланин. и глицин. они самые маленькие две аминокислоты и не содержат громоздких боковых групп, поэтому способны упаковываться вместе плотно, что приводит к более легкому формированию кристаллических областей.

кристаллические области очень гидрофобны, что способствует потере воды во время затвердевание паутины. Это также объясняет, почему шелк так нерастворим. вода молекулы не могут проникнуть через сильно связанные водородными связями b-листы.

богатые глицином спиральные области спидроина агрегируют, образуя аморфные области и это эластичные участки паутины. Также были идентифицированы менее упорядоченные кристаллические области, богатые аланином. и считается, что они соединяют b-листы к аморфным областям. В общем, универсальная структура. шелка паука считается кристаллическими областями в аморфной матрице. Кевлар имеет аналогичную структуру.

Это не совсем понятно, как белковые молекулы выравниваются и подвергаются самосборке для формирования шелка, но это может включать в себя механические силы и силы трения, которые возникают во время прохождения пауков через прядильные органы.

Изображение по ссылке 10
розовые блоки — это высокоупорядоченные b-листы а желтые области представляют собой менее упорядоченные кристаллические области.
Физики исследуют структурные свойства паутины
Физики разработали модель механики паутины-шара, подобную показанной, которую пауки плетут по крайней мере 200 миллионов лет. Кредит: Викисклад.
(PhysOrg.com) — «Хотя круговая паутина паука представляет собой легкую структуру, она кажется высоко оптимизированной структурой, предположительно в результате эволюции юрского периода или ранее», — объясняют физики Юко Аоянанаги и Ко. Окумура, которые исследуют структурные свойства паутины.«Кажется, он эффективно противостоит различным нагрузкам, таким как ветер и воздействие насекомых, и может поймать добычу, даже если некоторые нити порвутся».
Хотя было проведено много исследований паучьего шелка как высокоэффективного волокна, гораздо меньше известно о структурно-механических свойствах паутины. В недавнем исследовании Аоянанаги и Окумура из Университета Очаномидзу в Токио, Япония, разработали модель, объясняющую механическую приспособляемость паутины-шара. Как наиболее известная форма паутины, сеть сфер имеет черты, универсальные для многих видов пауков, что позволяет предположить, что они благополучно эволюционировали в результате естественного отбора. Лучше поняв уникальные структурные свойства паутины, исследователи смогут применить эту информацию в других областях, таких как проектирование зданий, мостов и космических сооружений.
Как объясняют исследователи, паутина сфер состоит из двух видов нитей: радиальные нити расходятся от центра паутины, а спиральные нити соединяют радиальные нити вместе, образуя знакомый круговой узор.Предыдущие исследования показали, что радиальные нити значительно прочнее спиральных, что связано с большей толщиной, химическим составом и микроскопической структурой радиальных нитей.
При выполнении пауком вся паутина находится под натяжением. В физической модели распределение сил таково, что нитями с максимальной силой являются радиальные нити, расположенные в крайних частях полотна. Ученые также обнаружили, что для типичной паутины пауки могут изменять количество радиальных или спиральных нитей, не снижая прочности паутины. Эта универсальность, вероятно, очень полезна для пауков, чтобы приспособить паутину к различным условиям, например, в местах с небольшим количеством мест, к которым можно прикрепить радиальные нити. Или, когда паук хочет сделать паутину более плотной, чтобы ловить более мелких насекомых, он может плести больше спиральных нитей без значительного увеличения максимальной силы.
Аоянанаги и Окумура также исследовали, что происходит, когда одна из спиральных нитей повреждена в неповрежденной паутине. В большинстве конструкций из эластичных материалов при повреждении сила перераспределяется, и вблизи места повреждения возникает концентрация напряжения, что ослабляет всю конструкцию.Однако в паутине распределение сил остается неизменным при обрыве любой спиральной нити, и паутина сохраняет свою прочность. Ученые связывают эту устойчивость к повреждениям с иерархической структурой сети, которую они надеются более подробно смоделировать в будущем.
Клей для паутины подталкивает общество к новым клеям на биологической основе
Дополнительная информация: Юко Аоянаги и Ко Окумура. «Простая модель механики паутины». Письма о физическом обзоре 104, 038102 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.038102
Copyright 2010 PhysOrg.com.
Все права защищены. Этот материал нельзя публиковать, транслировать, переписывать или распространять полностью или частично без письменного разрешения PhysOrg.ком.
Цитата : Физики исследуют структурные свойства паутины (8 февраля 2010 г.) получено 25 января 2022 г. с https://физ. org/news/2010-02-physicists-properties-spider-webs.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Структура среды обитания и кормление пауков
') var buybox = документ.querySelector("[data-id=id_"+ метка времени +"]").parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(". вариант-покупки")).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(".цена-варианта-покупки") подписка.classList.remove("расширенный") var form = подписка.querySelector(".форма-варианта-покупки") var priceInfo = подписка.селектор запросов(".Информация о цене") var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute("роль", "кнопка") toggle.setAttribute("tabindex", "0") toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute("aria-expanded") === "true" || ложный переключать.setAttribute("расширенная ария", !расширенная) form. hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add("расширенный") } еще { покупкаOption.classList.remove("расширенный") } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener("keydown", функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains("цена-варианта-покупки") && (event.code === "Пробел" || event.code === "Enter")) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox. смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(".опция покупки")).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(".цена-варианта-покупки") var form = option.querySelector(".форма-варианта-покупки") var priceInfo = option.querySelector(".Информация о цене") если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = "скрытый" priceInfo.hidden = "скрытый" } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.