01.03.2024

ウェブの謎。クモの生活における巣の意味は何ですか? 蜘蛛はどのように巣を使うのでしょうか？

木の枝の間や部屋の隅の天井の下に垂れ下がったクモの巣は、誰でも簡単に払いのけることができます。しかし、ウェブの直径が 1 mm であれば、約 200 kg の荷重に耐えることができることを知っている人はほとんどいません。同じ直径の鋼線では、鋼の種類に応じて 30 ～ 100 kg とかなり低い荷重に耐えることができます。なぜウェブにはこのような優れた特性があるのでしょうか?

一部のクモは最大 7 種類の糸を紡ぎ、それぞれに独自の目的があります。糸は獲物を捕まえるだけでなく、繭を作ったり、パラシュートで降下したりするためにも使用できます（風に乗って飛び立つことで、クモは突然の脅威から逃げることができ、若いクモはこのようにして新しい領域に広がります）。それぞれの種類のウェブは特別なグランドによって生成されます。

獲物を捕らえる網は、フレーム糸、ラジアル糸、キャッチャー糸、補助糸という数種類の糸で構成されています（図1）。科学者の最大の関心はフレームスレッドです。フレームスレッドは高強度と高弾性の両方を備えており、この特性の組み合わせがユニークです。スパイダーのフレームスレッドの極限引張強度 アラネウス・ディアデマトゥスは 1.1 ～ 2.7 です。比較のために、鋼の引張強度は 0.4 ～ 1.5 GPa、人間の髪の毛の引張強度は 0.25 GPa です。同時に、フレームの糸は 30 ～ 35% 伸びることができ、ほとんどの金属は 10 ～ 20% の変形に耐えることができます。

飛んでいる昆虫が伸びた巣にぶつかる様子を想像してみましょう。この場合、飛んでいる昆虫の運動エネルギーが熱に変換されるように、ウェブの糸が伸びる必要があります。ウェブが受け取ったエネルギーを弾性変形エネルギーの形で蓄積した場合、昆虫はトランポリンからのようにウェブから跳ね返るでしょう。ウェブの重要な特性は、急速な伸長とその後の収縮中に非常に大量の熱を放出することです。単位体積あたり放出されるエネルギーは 150 MJ/m 3 を超えます (スチールは 6 MJ/m 3 を放出します)。これにより、ウェブは衝撃エネルギーを効果的に分散し、被害者がウェブに巻き込まれたときに伸びすぎないようにすることができます。クモの巣や同様の特性を持つポリマーは、軽量の防弾チョッキに理想的な素材となる可能性があります。

民間療法にはそのようなレシピがあります。出血を止めるには、傷や擦り傷にクモの巣を当て、そこに詰まった昆虫や小さな小枝を注意深く取り除きます。クモの巣には止血効果があり、損傷した皮膚の治癒を促進することが判明しました。外科医や移植医は、インプラントの縫合や強化用の材料として、さらには人工臓器のブランクとしても使用できる可能性があります。クモの巣を使用すると、現在医療で使用されている多くの材料の機械的特性を大幅に改善できます。

つまり、クモの巣は珍しい、そして非常に有望な素材なのです。その優れた特性はどのような分子機構によって引き起こされているのでしょうか?

私たちは分子が非常に小さな物体であるという事実に慣れています。しかし、常にそうとは限りません。ポリマーは私たちの周囲に広く普及しており、同一または類似の単位からなる長い分子を持っています。生物の遺伝情報が長い DNA 分子に記録されていることは誰もが知っています。誰もが手に、長く絡み合ったポリエチレンの分子でできたビニール袋を持っていました。ポリマー分子は巨大なサイズに達することがあります。

たとえば、1 つのヒト DNA 分子の質量は約 1.9・10 12 amu です。（ただし、これは水分子の質量の約1000億倍）、1分子の長さは数センチメートル、ヒトのDNA分子全体の長さは10の11キロメートルに達します。

天然ポリマーの最も重要なクラスはタンパク質であり、タンパク質はアミノ酸と呼ばれる単位で構成されています。さまざまなタンパク質は、生物の中で非常に異なる機能を果たします。それらは化学反応を制御したり、建築材料として使用されたり、保護などに使用されます。

ウェブの足場糸は、スピドロイン 1 および 2 と呼ばれる 2 つのタンパク質で構成されています（英語より）クモ- クモ）。スピドロインは、120,000 ～ 720,000 amu の質量を持つ長い分子です。スピドロインのアミノ酸配列はクモごとに異なる場合がありますが、すべてのスピドロインには共通の特徴があります。頭の中で長いスピドロイン分子を直線に伸ばしてアミノ酸の配列を見ると、それが互いに似た部分の繰り返しで構成されていることがわかります（図2）。分子内では、比較的親水性の領域 (水分子との接触にエネルギー的に有利な領域) と比較的疎水性の領域 (水との接触を避ける領域) の 2 種類の領域が交互に存在します。各分子の末端には 2 つの非繰り返しの親水性領域があり、疎水性領域はアラニンと呼ばれるアミノ酸の多くの繰り返しで構成されています。

長い分子 (タンパク質、DNA、合成ポリマーなど) は、しわくちゃに絡み合ったロープと考えることができます。分子内のループは比較的少ない力でまっすぐに伸ばせるため、伸ばすことは難しくありません。一部のポリマー (ゴムなど) は、元の長さの最大 500% まで伸びることがあります。したがって、クモの巣 (長い分子で作られた材料) が金属よりも変形する能力は驚くべきことではありません。

ウェブの強さはどこから来るのでしょうか?

これを理解するには、スレッドの形成プロセスをたどることが重要です。クモ腺の内部には、スピドロインが濃縮溶液の形で蓄積します。フィラメントが形成されると、この溶液は狭いチャネルを通って腺から出ます。これにより、分子が伸長して伸長方向に沿って配向するのに役立ち、対応する化学変化により分子が互いにくっつきます。アラニンからなる分子の断片が結合して、結晶に似た規則正しい構造を形成します（図3）。このような構造の内部では、フラグメントは互いに平行に配置され、水素結合によって互いに結合されます。繊維の強度を生み出すのは、これらの領域が互いに絡み合っていることです。このような分子が密に詰まった領域の典型的なサイズは数ナノメートルです。周囲にある親水性領域は、しわくちゃのロープのようにランダムにコイル状になっており、真っ直ぐに伸びるため、ウェブが確実に伸びることができます。

強化プラスチックなどの多くの複合材料は、足場の糸と同じ原理で作られています。つまり、変形を許容する比較的柔らかく柔軟なマトリックスには、材料の強度を高める小さな硬い領域があります。材料科学者は長い間同様のシステムを使って研究してきましたが、人工複合材料の特性はクモの巣に近づき始めたばかりです。

興味深いことに、ウェブは濡れると大きく収縮します（この現象は超収縮と呼ばれます）。これは、水分子が繊維に浸透し、無秩序な親水性領域がより動きやすくなるために起こります。虫の侵入によりウェブが伸びたり、たるんだりした場合、湿気の多い日や雨の日には収縮すると同時に元の形状に戻ります。

スレッドの形成に関する興味深い特徴にも注目してみましょう。クモは自重の影響で巣を伸ばしますが、できた巣（糸の直径は約 1 ～ 10 μm）は通常、クモ自身の 6 倍の質量を支えることができます。クモを遠心分離機で回転させて重量を増やすと、クモはより厚く耐久性がありますが、剛性は低下する巣を分泌し始めます。

クモの巣を使用する場合、工業用量でどのように入手するかという問題が生じます。世界には、糸を引き出して特別なスプールに巻き付ける、クモの「搾乳」のための施設があります。しかし、この方法は効果的ではありません。500 g の巣を蓄積するには、27,000 個の中型クモが必要です。そしてここで生物工学が研究者の助けになります。最新の技術により、クモの巣タンパク質をコードする遺伝子を細菌や酵母などのさまざまな生物に導入することが可能になりました。これらの遺伝子組み換え生物は人工網の源となります。遺伝子工学によって作られたタンパク質を組換え体といいます。通常、組換えスピドロインは天然のものよりもはるかに小さいですが、分子の構造（親水性領域と疎水性領域が交互にある）は変化しないことに注意してください。

人工ウェブは天然ウェブと比べて特性が劣らず、耐久性があり環境に優しい素材として実用化されるものと確信しています。ロシアでは、さまざまな研究機関のいくつかの科学グループが共同でウェブの特性を研究しています。組換えクモの巣の製造は国立産業微生物遺伝学・選択研究所で行われ、タンパク質の物理的および化学的特性はモスクワ州立大学生物学部生物工学科で研究されています。 M.V. ロモノーソフによれば、クモの巣タンパク質からの製品はロシア科学アカデミーの生物有機化学研究所で形成され、その医療応用は移植学・人工臓器研究所で研究されています。

ほとんどの人はクモが好きではないか、それどころか怖がります。クモが被害者を捕まえる効果的な罠であるクモの巣を、彼らはこれ以上扱いません。一方、ウェブは自然の最も完璧な創造物の 1 つであり、多くの驚くべき特性によって区別されます。

当初、ウェブは液体の状態で保管されます。

クモの内部では、ウェブは液体の形で保存されており、グリシン、セリン、アラニンを多く含むタンパク質です。液体が紡糸管を通って放出されると、液体は即座に固化し、ウェブに変わります。

すべてのウェブが粘着性があるわけではありません

クモが捕獲器内で通常移動する巣の放射状の糸には、粘着物質が含まれていません。より薄くて軽い捕捉糸がリング状に配置され、粘着性物質の小さな液滴で覆われています。クモの不注意な犠牲者が固執するのは彼らです。

しかし、何らかの理由でクモが放射状の糸からリング状の糸に切り替えざるを得なくなったとしても、それでもくっつきません。すべては節足動物の脚を覆う毛のせいです。クモが足で糸を踏むと、毛が粘着性の滴をすべて集めます。クモが足を上げると、毛の間から滴が再び巣の糸に流れ込みます。

ウェブの強度は光、温度、湿度に影響されます

ウェブの糸を結び付ける接着剤は、気象条件に応じて粘着力が変化します。ウェブを乾燥した高温の場所に保管すると、ウェブの強度が低下することが確認されています。直射日光は糸間の結合をさらに弱め、ウェブの強度をさらに低下させます。

クモは獲物を捕まえるだけではなく、巣を使います。

クモは、優れた罠を作るだけではなく、巣を使います。たとえば、一部の種は交尾ゲームに巣を使用します。メスは長い糸を残し、そこを通過するオスが目的の目的地に到達することができます。

クモは巣穴の周りに巣を張ることがよくあります。糸をロープとして使って降りる人もいます。クモが高所に住んでいる場合は、落ちたときに引っかかるように、シェルターの下に安全糸を何本か張ることができます。

巣を使用する独自の方法は、アマゾンの熱帯雨林に生息する球体を編むクモの家族の代表者によって発見されました。数本の枝を糸で編んで昆虫のように見せます。次に、一定の距離を移動すると、クモが糸を引っ張ってダミーを動かし、昆虫の動きを模倣します。この方法は、クモが捕食者の注意をそらすのに役立ち、敵がダミーを調べている間、節足動物は逃げる機会を得ることができます。

一部の種のクモは巣に電荷を残します。

本当に驚いたのは、ウロボラス・プルミペスという種のクモが、極細の巣を張りながら足で巣をこすり、罠に電気をチャージするというニュースだった。静電気を帯びた昆虫が巣の横に現れると、捕獲器は瞬時に約 2 m/s の速度で昆虫に引き寄せられます。

いくつかのウェブは驚くほど長いです

メスのダーワングモの巣は、最も勇敢な人でも怖がらせることがあります。その狩猟範囲は 28,000 平方センチメートルに達し、糸の長さは 28 メートルに達するものもあります。

川に伸びるダーウィンの蜘蛛の糸

同時に、このようなウェブの締結糸は耐久性が高く、たとえば、防弾チョッキの補強部品として使用される素材であるケブラーよりも 10 倍強力です。

一部のクモは水中でも巣を張ることができます

私たちは水中に長時間留まることができるシルバーバックグモについて話しています。水に浸すと、腹部の毛の間に気泡が閉じ込められ、クモは水中で呼吸するためにそれを使用します。

クモは地球最古の生物に属します。最初のクモ類の痕跡は 3 億 4,000 ～ 4 億 5,000 万年前の岩石から発見されました。クモは恐竜よりも約 2 億年から 3 億年古く、最初の哺乳類よりも 4 億年以上古い。自然は、クモの種の数（約6万種が知られている）を増やすだけでなく、これらの8本足の捕食者の多くに驚くべき狩猟手段、つまり巣を装備するのに十分な時間を費やしました。巣のパターンは種間で異なるだけでなく、爆発物や麻薬などの特定の化学物質の存在下では 1 匹のクモ間でも異なります。微小重力が巣のパターンに及ぼす影響を研究するために、クモを宇宙に打ち上げることさえ考えられていました。しかし、ウェブを構成する物質には最も多くの謎が隠されていました。

私たちの髪の毛、動物の毛皮、蚕の糸と同様に、網は主にタンパク質で構成されています。しかし、それぞれのクモの糸のポリペプチド鎖は非常に珍しい方法で絡み合っており、ほぼ記録的な強度を獲得しています。クモが生み出す一本の糸は、同じ直径の鋼線と同じくらいの強度があります。鉛筆ほどの太さの糸で編んだロープは、ブルドーザーや戦車、さらにはボーイング 747 のような強力なエアバスさえも所定の位置に保持することができました。しかし、鋼鉄の密度はクモの巣の密度の6倍です。

絹糸の強度がいかに高いかがわかります。典型的な例は、1881 年にアリゾナ州の医師が行った観察です。この医師の目の前で銃撃戦が起こり、銃撃犯の 1 人が死亡しました。 2発の弾丸が胸部に命中し、貫通した。同時に、傷口の裏側から絹のハンカチの破片が突き出た。弾丸は衣服、筋肉、骨を通過したが、邪魔になった絹を引き裂くことはできなかった。

テクノロジーではなぜ、クモの巣に似た素材で作られた軽量で弾力性のある鋼構造が使われないのでしょうか? なぜ絹のパラシュートを同じ素材に置き換えないのですか? 答えは簡単です。クモが毎日簡単に生産できるような材料を作ろうとするのですが、それはうまくいきません。

世界中の科学者が長い間、8本足の織り機の網の化学組成を研究してきましたが、今日、その構造の全体像がほぼ完全に明らかになりました。ウェブ鎖にはフィブロインと呼ばれるタンパク質の内部コアがあり、このコアを取り囲む糖タンパク質ナノファイバーの同心円状の層があります。フィブロインはウェブの質量の約 2/3 を占めます (ちなみに、天然シルク繊維も同様です)。粘稠なシロップ状の液体で、空気中で重合して固まります。

糖タンパク質繊維は、その直径がわずか数ナノメートルであり、フィブロイン糸の軸に平行に配置されたり、糸の周りに螺旋を形成したりすることができます。糖タンパク質（炭水化物を含み、分子量が15,000から1,000,000 amuの複合タンパク質）は、クモだけでなく、動物、植物、微生物のすべての組織（血漿、筋肉組織、細胞膜などに含まれる一部のタンパク質）にも存在します。。）。

ウェブの形成中に、糖タンパク質の繊維は水素結合および CO 基と NH 基の間の結合によって互いに接続され、結合のかなりの部分がクモ類のクモ膜で形成されます。糖タンパク質分子は、互いに平行に積み重なった棒状の断片からなる液晶を形成することができ、液体のように流れる能力を維持しながら固体の強度を構造に与えます。

ウェブの主成分は最も単純なアミノ酸、グリシン H 2 NCH 2 COOH とアラニン CH 3 CHNH 2 COOH です。ウェブには、リン酸水素カリウムや硝酸カリウムなどの無機物質も含まれています。それらの機能は、糸を真菌や細菌から保護することと、おそらく腺内に糸自体が形成される条件を作り出すことに絞られています。

ウェブの特徴は環境に優しいことです。自然環境に容易に吸収され、環境に害を及ぼさない物質で構成されています。この点において、ウェブには人間の手によって作成された類似物はありません。

クモは、構造と特性が異なる最大 7 つの糸を生成できます。ある糸は「網」を捕まえるためのもの、他の糸は自分自身の動きのためのもの、他の糸は信号を送るためのものなどです。広範な生産を確立することが可能になるでしょう。しかし、カイコのようなクモを「飼いならす」ことや、独自のクモ農場を組織することはほとんど不可能です。クモの攻撃的な習性と、クモの性格における個々の飼育特性により、これが可能になる可能性は低いです。そして、わずか1メートルの蜘蛛の巣を作るには、400匹以上のクモの「仕事」が必要です。

クモの体内で起こる化学プロセスを再現し、天然素材をコピーすることは可能でしょうか? 科学者やエンジニアはずっと前にケブラー (アラミド繊維) の技術を開発してきました。

工業規模で生産され、クモの巣の特性に近づいています。ケブラー繊維はクモの巣よりも 5 倍弱いですが、それでも非常に強いため、軽量の防弾チョッキ、ヘルメット、手袋、ロープなどの製造に使用されています。しかし、ケブラーは高温の硫酸溶液で製造されますが、クモは一定の温度を必要とします。化学者は、そのような状況にどのようにアプローチするかをまだ知りません。

しかし、生化学者は材料科学の問題の解決に近づいています。まず、クモの遺伝子が特定および解読され、何らかの構造の糸の形成をプログラムしました。現在、これは 14 種のクモに当てはまります。次に、いくつかの研究センターのアメリカの専門家（各グループが独立して）がこれらの遺伝子を細菌に導入し、溶液中に必要なタンパク質を取得しようとしました。

カナダのバイオテクノロジー企業ネクシアの科学者らは、そのような遺伝子をマウスに導入し、その後ヤギに切り替えたところ、ヤギは網の糸を形成するのと同じタンパク質で乳を生産し始めた。 1999年の夏、2頭のアフリカのピグミー雄、ピーターとウェブスターは、このタンパク質を含む乳から出るヤギを生産するように遺伝的にプログラムされた。この品種は、子供が生後3か月で大人になるため、優れています。同社は牛乳から糸を作る方法についてはまだ沈黙しているが、すでに作成した新素材「BioSteel」の名前を登録している。「バイオスチール」の特性に関する記事が雑誌「サイエンス」に掲載されました（「サイエンス」、2002年、295巻、427ページ）。

ゲータースレーベンのドイツ人専門家らは別の道を選択した。彼らはクモのような遺伝子をジャガイモやタバコなどの植物に導入した。彼らは、ジャガイモ塊茎とタバコの葉から、主にスピドロイン（クモの主要なフィブロイン）からなる可溶性タンパク質を最大2%入手することに成功した。生産されるスピドロインの量が大量になれば、まず医療用包帯の製造に使用されることが予想されます。

遺伝子組み換えヤギから得られる牛乳は、味によっては天然の牛乳とほとんど区別できません。遺伝子組み換えジャガイモは通常のジャガイモと同様で、原則として茹でたり揚げたりすることもできます。

「bio/mol/text」コンテストの記事:ウェブは自然の驚くべき技術発見の 1 つです。この記事では、医療用包帯の製造にクモの巣を使用する可能性について述べています。著者は、クモの「生産性」を高め、クモを飼育するための最適な条件を選択することについての経験を共有します。

注記！

編集者より

生体分子は好奇心と発明への関心を大切にしています。「bio/mol/text」コンテストで 2 回目となる今回は、発明家のユーリシェフニンが自身のアイデアや発見をポータルの視聴者と共有します。編集者は著者の創造的なアプローチと他の人と知識を共有したいという願望に感銘を受けていますが、この記事は厳密な科学的研究ではなく、そこに記載されている新しい医療包帯はまだ適用可能性をテストする必要があることに留意する必要があります。臨床現場では。

「老化と長寿のメカニズムに関する最優秀論文」ノミネートのスポンサーは、Science for Life Extension Foundation です。観客賞はHeliconが主催した。

コンテストのスポンサー: バイオテクノロジー研究所 3D バイオプリンティングソリューションおよびサイエンティフィックグラフィックス、アニメーションおよびモデリングスタジオビジュアルサイエンス。

次の部屋に入ると、発明者のための狭い通路を除いて、壁も天井もクモの巣で完全に覆われていました。私がドアのところに現れるとすぐに、後者は私に気をつけて巣を破らないようにと大声で叫びました。彼は、世界がこれまで蚕の働きを利用するという致命的な間違いについて不平を言い始めましたが、私たちは常に、言及された蚕よりも無限に優れた昆虫を多数手元に持っています。紡績工だけでなく織工も同様です。発明者はさらに、クモをリサイクルすれば布地を染色するコストが完全になくなると指摘しました。クモに餌を与えた美しい色とりどりのハエをたくさん見せてくれたとき、私はこれを完全に確信しました。彼の保証によると、それは必然的にクモによって作られた糸に転写されるに違いありません。そして、彼はあらゆる色のハエを飼っていたので、ガム、油、その他の粘着性物質の形でハエに適した餌を見つけ次第、すべての人の好みを満足させ、ハエに密度と強度を与えたいと考えていました。ウェブのスレッド。

D.スウィフト

ガリバー旅行記。ラピュタへの旅 (1725)

クモの巣から作られた医療用包帯

寄付は高価で限られた医療分野であるという事実のため、世界中の科学者や医師は人体の損傷を回復するための代替方法の開発に取り組んでいます。同時に、薬剤耐性のある形態の微生物が広範囲に分布していること、抗生物質や化学療法には毒性、アレルギー誘発性、その他の副次的特性が存在することにより、抗菌効果と皮膚刺激効果を備えた新しい非毒性薬剤を探索する必要性が生じています。回復プロセス。同様の特性を、例えば火傷防止包帯や包帯にも与えることができます。火傷は、世界で最も一般的な外傷の 1 つです。ロシアでは毎年60万件以上の火傷が記録されている。死亡者数に関しては、火傷は自動車事故による負傷に次いで2番目に多い。

著者にとって、火傷防止包帯と包帯を入手することは有望であるように思われる ウェブから。シルクはより手頃な価格の素材であり、その生産はすでに存在しています。しかし、ウェブは全体として分子と構造の特殊なトポロジーにより、足場技術における医療用包帯やマトリックスとして大きな期待を持っています * ( 足場技術、英語から足場- 足場、足場） - 成長した器官またはその断片の空間形成を目的とした、天然または人工起源の三次元基板上での細胞の培養（図1）。

* - 「生体分子」は、ウェブの他の素晴らしい特性について以前に話しました。 クモの巣から作られたスマート接着剤» . - エド。

図 1. ウェブ リノテルメガセロイデス顕微鏡の下で

電子顕微鏡によると、絹フィブロインと組換えスピドロイン（クモの巣タンパク質）から作られたマトリックスは、細孔パラメーターが異なります。フィブロイン足場の細孔壁は、鱗片状で粗い表面を備えたより均一な構造をしていますが、スピドロイン足場は穴のあいた表面を備えた緩い構造をしています。組換えスピドロインマトリックスの内部ナノ多孔質構造は、体内の組織再生にとってより好ましい微小環境を作り出す能力を説明しています。構造の相互接続は、均一な細胞分布と効果的な組織発芽にとって必要な条件です。 生体内、活発なガス交換、栄養素の供給、適切な代謝を促進するためです。

ウェブのこの驚くべき特性は、長い間知られていました。民間療法にはそのようなレシピがあります。出血を止めるには、傷や擦り傷にクモの巣を当て、そこから引っかかった昆虫や小さな小枝を注意深く取り除きます。

クモの巣には止血効果があり、傷ついた皮膚の治癒を促進します。外科医や移植医は、インプラントを縫合および強化するための材料として、また人工臓器を成長させるための足場として使用することができます。たとえば、クモの巣で作ったメッシュフレームを幹細胞の溶液に浸すと、クモの巣はすぐに根を張り、血管や神経が細胞まで伸びます。ウェブ自体は最終的には跡形もなく溶解します。クモの巣を使用すると、現在医療で使用されている多くの材料の特性を大幅に改善できます。たとえば、巣には静電気が帯電しており、クモが獲物を引き寄せるのに役立ちます。この帯電ウェブは医療用包帯の一部としても使用できます。ウェブはマイナスに帯電し、体の損傷した部分はプラスに帯電します。したがって、創傷がウェブと相互作用すると、電気的バランスが確立され、治癒プロセスにプラスの影響を及ぼします。クモの巣のある包帯は、傷との静電気相互作用により、微生物を傷から引き出し、包帯自体の中に保持し、微生物の増殖を防ぎます。

ウェブには耐久性に貢献する 3 つの物質が含まれています。 ピロリジン、リン酸水素カリウムそして 硝酸カリウム。ピロリジンは水を強く吸収します。この物質はクモの巣の糸が乾燥するのを防ぎます。リン酸水素カリウムはクモの巣を酸性にし、真菌や細菌の増殖を防ぎます。 pH が低いと、タンパク質が変性します (不溶性になります)。硝酸カリウムは細菌や真菌の増殖を抑制します。

ウェブ包帯は、創傷滲出液および創傷表面からの微生物の排出を確実にし、病原性微生物叢を抑制し、抗浮腫および抗炎症効果をもたらします。麻酔薬を染み込ませることで痛みを和らげ、治癒過程が起こるのに最適な条件を作り出します。

Web制作の歴史

クモの巣を含む製品の普及における主な問題は、工業規模での入手が難しいことです。ヨーロッパでは何百年もの間、人々はクモの糸の養殖場を建設しようとしてきました。 1665 年 3 月、ドイツのメルゼブルク近くの牧草地や柵が信じられないほどの量のクモの巣で覆われ、周囲の村の女性たちがクモの巣からリボンやその他の装飾品を作りました。

1709年、フランス政府は博物学者ルネ・アントワーヌ・ド・レオミュールに、中国絹の代替品を見つけて、クモの巣を使って衣服を作るよう依頼した。クモの繭から巣を集めて手袋やストッキングを作ろうとしたが、手袋一足を作るにも材料が足りず断念した。彼は、1 ポンドのクモの糸を得るために 522 ～ 663 匹のクモを処理する必要があると計算しました。そして、工業生産には、フランス全土の上空を飛ぶ以上に、クモの大群と、それらを養うハエの群れが必要となるだろう。「しかし、おそらくそのうちに、私たちの州で通常見られるものよりも多くの糸を生産するクモを見つけることができるようになるでしょう。」とレオミュールは書いている。

そのようなクモが見つかりました - 彼らは属のクモでした ジョロウグモ。最近、彼らの巣から重さ1キロを超えるマントが編まれました。この素晴らしいクモが生息するブラジルとマダガスカルでは、地元住民が巣を使って毛糸、スカーフ、ケープ、ネットを作り、茂みから卵の繭を集めたり、巻き戻したりしています。場合によっては、箱に入れられたクモから直接糸が引かれることもあります。クモのいぼのある腹部の先端だけがそこから突き出ています。いぼから水かきの糸が引き出されます。

実験者は、さまざまな方法とさまざまなクモから、たとえば次のような長さの糸を取得しました。1) 22 匹のクモから 2 時間で 5 キロメートル、2) 1 匹のクモから数時間で 450 メートルと 675 メートル、3) 9 メートルで27 日以内に 1 匹のクモが解ける距離 - 3,060 メートル。カンブエ修道院長はマダガスカルのクモの能力を調査した ゴレバ・プンクタータ: 彼は、小さな引き出しに入った生きたクモを特殊なタイプの織機に直接「接続」するほど、ビジネスを改善しました。機械はクモから糸を引き出し、すぐに最高級の布地に織り上げました。蜘蛛 ゴレバ・プンクタータ彼らはフランスとロシアに慣れようとしたが、何も起こらなかった。ワイドウェブ制作において ジョロウグモメンテナンスのため、ほとんど到着しません ジョロウグモまたは十字架には特別な農場が必要ですが、夏にはロッジアやバルコニーに保管できます。この何世紀にもわたる問題を解決するには、現代の統合アプローチが必要であり、クモや昆虫にとって自然環境にできるだけ近い最適な条件を作り出す必要があります。

今日のWeb制作

20世紀には、化学殺虫剤や合成繊維の出現により、益虫やクモは忘れ去られました。しかし、農薬だけでは作物の害虫の問題は解決できません。生物多様性保全戦略は、自然な害虫駆除のために有益な昆虫やクモを作物システムに組み込むために開発されました。

現在、ロシアで新たな雇用を創出するには、単一栽培作物を削減し、脊椎動物だけでなくクモや昆虫を飼育するためのミニ農場を建設するという新たな戦略が必要である。

これは都市部でも実現できます。都市部の有機廃棄物の利用問題は今日特に深刻です。この廃棄物は昆虫の餌として使用できます。都市部には、コオロギ、ゴキブリ、ズーバスを飼育する小さな農場しかありません。クモを繁殖させる熱心な飼育員はほんのわずかです。同時に、これらの動物が主に生息する地下室や屋根裏部屋は、有機廃棄物の処理や昆虫やクモの幼虫の成長にはまったく使用されていません。

新しい農業戦略の目標は、生態学的農業、生物多様性の増加、昆虫やクモの繁殖のための小規模家族農場の建設と運営から収入を生み出すことです。これらの生物、その毒、巣は輸出用に販売することもできます。

クモの巣を化学的に合成することは不可能です。タンパク質の構造が複雑すぎるからです。世界の大手企業はすべて、Web を統合する試みを放棄しました。いくつかの研究室は研究を続けており、酵母、細菌、さらにはヤギからクモの巣を入手しようとしている。これらのアプローチはすべて、非常に複雑な設備と多額の経済的コストを必要とします。同時に、糸の品質はまったく異なり、強度と抗菌性の点で「オリジナル」に劣ります。さらに、そのような研究所で生産されるウェブの量は非常に少量です。科学者がピンセットや小さなバイアルに入った爪ほどの大きさの合成ウェブのサンプルをデモンストレーションする様子がテレビで時々放映されます。

巣を集めるために生きたクモも捨てられましたが、このアイデアは何度も提案されました。いくつかの障害がありました。まず第一に、クモは喧嘩が多く、共食いをする傾向があります。一緒に飼われていると、これらの動物は喧嘩してお互いを食べます。さらに、ほとんどのクモは巣をほとんど生成しません。500 グラムの巣を生成するには、2 万 7,000 匹の中型のクモが必要と推定されています。 GPによるとキルサノフ氏によれば、クロススパイダーは 24 時間で 230 mg の巣を生成しました。この属のクモは 14,000 匹 ジョロウグモ約 28 g のウェブが得られます。他の情報源によると、29 gの巣を得るには約23,000匹のクモが必要です。この数値の違いは、クモのパフォーマンスに関するデータの確認が必要であることを示唆しています。どのような種類の「中型」のクモが、場合によっては計量用の巣を作ったかは不明です。

最初に説明されたクモの繁殖に対する障害は、利点に変えることができ、またそうすべきである。クモの共食い傾向は、クモのために互いに隔離された容器の作成を促進し、それによって流行と大量死の両方を防ぐ。同時に、クモの巣から医療材料や医薬品を生産するには、クモ属以外のクモを使用する必要があります。 ジョロウグモまたは十字架、そして最大の巣の付属物を持つクモ - リノテルメガセロイデス(図2)他 ディプルリ科.

図 2. スパイダー リノテルメガセロイデス、女性。

研究の結果、著者は、この種のクモが リノテルメガセロイデス毎月 2 g 以上のウェブを生産します。この目的のために、彼らは長い（20 mm以上）クモ膜付属器を持っています（図3）。これらの器官には千本以上のマイクロフィラメントがあり、そこから網の糸がフィルムのように現れます。

著者は、火傷防止包帯を作成するためにクモの巣をテストしました (図 4)。このウェブを火傷に使用した結果、1週間以内に治癒しました。この場合、追加の包帯や膿の除去は必要ありませんでした。 2週間後には火傷の跡すら残っていませんでした。

図 3. クモ膜付属器 リノテルメガセロイデス顕微鏡の下で。

図 4. 包帯で覆われた火傷。 リノテルメガセロイデス.

専用の容器に植えてあります リノテルメガセロイデス 1時間以内に彼らは作業を開始し、面積1 m 2のコンテナの繊維基材をクモの巣で層ごとに覆います。 2か月後、1匹のクモの巣は人体の表面全体を覆うのに十分です。この革新的な医療用ウェブ素材は、体表全体の 60% を超える火傷を負った人の命を救う可能性があります。

観察の結果、著者は特別な栄養補助食品のおかげで、子孫と子孫の生存が可能であることを発見しました。 リノテルメガセロイデス 100%です。これは、「第二の皮膚」を生み出す可能性のある若い人たちを 6 か月で平均した 50 人に相当します。 1匹のメスに餌を与えるには、1週間に2～3匹のゴキブリが必要です。クモを飼育するための条件は、日光の不在、高湿度（80〜90％）、温度28°C、複雑な栄養、および週に1回の巣の点滴スプレーです。クモに餌を与え、飼い、世話し、「搾乳」するための好ましい条件を作り出すことによって、巣の紡ぎを 2 ～ 3 倍増加させることが可能です。

クモの巣から包帯や包帯を作るリノテルメガセロイデス

ポリエチレン製容器の底に編んだメッシュベース（例えば含水率80％以上のガーゼ）を置きます。コンテナには、換気用の穴、湿度および温度センサー、昇降蓋、毛細管ノズル、生きた餌を供給するためのバルブが付いています。コンテナは垂直に配置され、高さ1.5〜2メートルのブロックを形成します（図5）。

図 5. ハウジング リノテルメガセロイデス. あ - ニットベースのコンテナに入ったクモ。 b - コンテナ図。 V - コンテナのブロック。

図 6. クモの巣が付いた包帯 リノテルメガセロイデス (あ) およびその滅菌包装 ( b).

月に一度、容器を開け、クモを別の小さなプラスチック容器に入れ、残りの餌を取り除き、巣のある繊維基材にヒアルロン酸とパントテン酸、麻酔薬と防腐剤の溶液をスプレーし、プラスチックで覆う。ストレッチフィルムを丸めて巻き上げます。次に、ロールとウェブを 10 個の部分に切断し、密封パッケージに入れます (図 6)。包装されたロールは放射線滅菌のために送られます。クモは大きな容器に放されます。

この包帯は、ウェブを使用してポリエチレン層を巻き戻して除去することにより、創傷または火傷に適用されます。ウェブと繊維ベースがリンパ液で飽和すると、ベースが除去され、ウェブの治癒層と呼吸層だけが傷の上に残ります。

人はクモの巣パッチで傷を治した後は、この素晴らしい動物を二度と殺すことはありません。

クモの巣の生産量の増加

図 7. スパイダーファームの設計 リノテルメガセロイデス.

クモの巣の生産量を増やし、生きた餌（ゴキブリやコオロギ）の病気を排除するために、昆虫は栄養培地の形で栄養補助食品を受け取ります。これは、ペニシリンやストレプトマイシンの生産からの廃棄物の菌糸体バイオマスを含む追加のタンパク質とビタミンの供給源です。ビール酵母の生産から出る廃棄物からの脱水蒸留液も同様です。栄養培地は +5 °C の温度で最長 2 年間保存されます。昆虫に餌を与えるには、細かく刻んだニンジンとキャベツを砕いた栄養培地に投入します。この餌を食べると、ゴキブリやコオロギは病気にならず、急速に成長し、繁殖します。同時に、クモは巣の生産量を 60% 増加させます。菌糸体の栄養を利用することで、クモの繁殖を刺激し、最大限の量の巣を得ることができます。クモの食餌の多様性を高めるための食品添加物を見つける取り組みは今後も続けられる。クモの巣を収集するための農場を作成するために、クモの巣の仕組みと同様に張力で機能するコーティングを施した直径 12 m の円形テントの形で設計プロジェクトが提案されています (図 7)。

医療用包帯や包帯を作成するこの環境に優しい方法の開発により、クモ科のより生産性の高い雑種を繁殖させる実験が可能になります。 ディプルリ科。快適な条件下での種内交配、選択、および特別な栄養補給は、クモのサイズを大きくするための遺伝子実験を排除するものではありません。今のところ、これを行う人は誰もおらず、個人のクモ飼育者の社会では、この話題はタブーです。

菌類や細菌を使って牛乳を生産することは可能ですが、牛がいるのになぜでしょうか? 網の構造は牛乳のタンパク質構造よりもはるかに複雑です。したがって、蜘蛛の巣の合成類似体の探索はすべて、クモの進化の過程で長引く可能性がある。遺伝子組み換えと家族による育種作業によって得られた新種 ディプルリ科クモのサイズと衣服生産のための巣の生産性が向上します。クモの巣をシリコンで処理して、ユニークな特性を備えたアウターウェア生地を製造できます。このような生地の価格はシルクと同じです。

結論

記載されている研究成果は、新しいタイプの畜産の基礎を生み出します。これに基づいて、低コストでクモの巣の生産を大規模化し、商業化することが可能になります。生体吸収性創傷被覆材の市場需要は 400,000 dm 2 /年です。このセグメントの市場規模は 1 億 5,000 万ドルと予測されています。

このプロジェクトは、生産量を増やすか、クモの巣生産用のミニ農場を作成することで規模を拡大できます。この技術オプションには、複雑な装置、高温、高圧、有毒物質は必要ありません。例えば現在、約5,000の農場と30万人のアマチュア養蜂家、農家、個人起業家が養蜂に従事しています。誰もが蜂蜜を使用できるわけではありませんが、医療用包帯やクモの巣が付いたパッチは誰にとっても役立ちます。テクノロジーが開発され、認定される一方で、私たちはクモを育てて巣を自分で集めたいすべての人に提供できます。紫外線ランプによる殺菌も可能です。 2平方メートルのウェブを用意するには、メスの入ったコンテナが1つ必要です。 リノテルメガセロイデスそして2ヶ月。女性 リノテルメガセロイデス 10年生きます。庭の敷地には、2つの部屋を持つ3×6メートルの断熱スパイダーベッドを置くことができます（図8）。 1 つは原材料を調達でき、もう 1 つはクモの巣から糸を作り、リネンを織って衣服を縫うことができます。このようなミニ工場には無駄がありません。

図 8. ミニ栽培農場 リノテルメガセロイデス庭で巣を集めたり、衣服を作ったりしています。

脱皮中にクモが脱ぎ捨てた古い貝殻をポリマー樹脂で満たして、お土産や装飾品を作ることができます。死んだクモの頭から毒を抽出して医薬品*を製造することができます。負傷者や病人は新しい薬、つまり天然の「皮膚」を受け取り、誰もがそのようなミニプロダクションを作成できるようになります。

著者は、この知識を誰でも利用できるようにしたいと考えているため、この研究テーマに関する特許や証明書を取得するつもりはありません。

* - そして、「毒」という言葉の数が単数であるにもかかわらず、これらの薬物 (特に鎮痛剤) には多種多様なものが存在する可能性があります。1 匹のクモの毒には、まったく異なる化学的性質を持つ何百もの有毒成分が含まれている可能性があります。記事 " 偉大な戦略家は夢にも思わなかった» . - エド。

文学

クモの巣から作られた「スマートな」接着剤。
アガポワ O.I.、エフィモフ A.E.、モイセノビッチ M.M.、ボグシュ V.G.、アガポフ I.I. （2015年）。再生医療のための組換えスピドロインとシルクフィブロインからの多孔質生分解性マトリックスの三次元ナノ構造の比較解析。マダガスカルは最大のクモの糸織物を作りました。 メンブレンのウェブサイト;
クモの糸で作ったマントがヨーロッパの展示会に出品されます。 ウェブサイト GlobalScience.ru, 2012;
テクノロジープラットフォーム「未来の医療」。 ユーラシア経済委員会のウェブサイト, 2012;
アクセノバ L. (2013)。蜘蛛は痛みを忘れさせてくれます。 ウェブサイト「Gazeta.ru」;

クモに対する人類の嫌悪感、そしてクモに関連する偏見や怖い話の多さにも関わらず、クモがどのように巣を張るのかという疑問は、子供たちにほぼ同時に興味を持って現れ、水は濡れています。これらの魅力的ではない動物の労働の結果は、多くの場合、エレガントなレースに非常に似ています。そして、クモ自体が見るのが不快で、多くの人がクモを恐れている場合、クモによって作成されたウェブは無意識のうちに注目を集め、心からの賞賛を呼び起こします。

一方、そのような「カーテン」が分遣隊のすべての代表者によって織られているわけではないことを誰もが知っているわけではありません。ほぼすべての種が縦糸を作ることができますが、捕獲網を編むのは罠で狩りをする種だけです。それらは教義と呼ばれます。それらは別の上科「Araneoidea」としても分類されています。そして、狩猟の巣を張るクモの名前は2,308項目にも上り、その中にはカラクルトと同じ有毒なものもあります。狩猟をしたり、待ち伏せから攻撃したり、獲物を追跡したりする人は、ウェブを国内目的のみに使用します。

蜘蛛の「繊維」の特徴

作成者の規模が小さいにもかかわらず、ウェブの機能は自然の頂点である人間の一部に羨望の的を引き起こします。そのパラメータの中には、現代科学の成果を考えても信じられないものもあります。

強さ。蜘蛛の巣が自重で壊れるのは、クモが50メートルの長さで織った場合のみです。
抜群の繊細さ。個々のウェブは、光線に当たった場合にのみ目立ちます。
弾力性と復元力。糸は切れることなく、強度を損なうことなく2〜4倍に伸びます。

そして、これらすべての品質は、いかなる技術的な装置も必要とせずに達成されます。クモは、自然が与えてくれるものでやり遂げます。

クモの巣の種類

クモがどのように巣を編むかだけでなく、クモがさまざまな「品種」を作り出すことができるという事実も興味深いです。大まかに言うと、次の 3 つのタイプに分類できます。

科学者たちは、紫外線を反射して蝶をおびき寄せる別のタイプの巣を特定しました。完成した Web には必ず独自のパターンがあると多くの人が信じています。しかし、これはそうではありません。創造的な喜びを生み出すことができるクモの名前は、それほど困難なく数えることができます。そして、そのような芸術家はすべて、この節足動物の目の空形の代表に属しています。

それはなんのためですか？

なぜクモに巣が必要なのかと人に尋ねると、彼は疑いなく「狩猟のため」と答えるでしょう。しかし、これでその機能が使い果たされるわけではありません。さらに、次の分野でも使用されます。

ミンクを越冬する前に断熱するため。
子孫が成熟する繭を作成します。
雨から身を守るために、クモはそれを使って水が「家」に入るのを防ぐ一種の天蓋を作ります。
旅行用に。一部のクモは単独で移動し、風に吹かれる長い巣に乗って子供たちを家族から遠ざけます。

建材の形成

それでは、クモがどのように巣を張るのかを考えてみましょう。「織り手」の腹部には6つの腺があり、脚の基礎が変形したものと考えられています。体内では、一般に液体シルクと呼ばれる特別な分泌物が生成されます。回転管を通って出ると、固まり始めます。そのような糸の 1 つは非常に細いため、顕微鏡でさえ見るのが困難です。クモは、現在「働いている」腺の近くに足を置き、数本の糸をねじって1つの巣を作ります。これは、昔、女性がトウから糸を紡ぐときにやったのとほぼ同じです。将来のウェブの主な特徴である粘着性や強度の増加が形成されるのは、クモがウェブを織る瞬間です。そして、その選択のメカニズムが何なのか、科学者たちはまだ解明していません。

ストレッチ技術

効果を発揮するには、漁網を何かの間に、たとえば枝の間に張る必要があります。最初の糸が作成者によって十分に長くなると、彼は回転を停止し、回転する器官を広げます。それで彼は風を捕まえます。風のわずかな動き（たとえ熱された地面からのものであっても）によって、ウェブは隣接する「サポート」に運ばれ、そこにくっつきます。クモは「橋」に沿って移動し（ほとんどの場合、背中を下にして）、新しい放射状の糸を織り始めます。ベースが固定されて初めて、円の周りを動き始め、粘着性のある横線をその中に織り込みます。クモは非常に経済的な生き物であると言わなければなりません。彼らは、不要になった損傷したクモの巣や古いクモの巣を食べて、「リサイクル可能なもの」を 2 回目の使用に回します。そして、作成者によると、クモは毎日（シャドウハンターの場合は夜も）巣を張ることが多いため、すぐに古くなるそうです。

蜘蛛は何を食べるの？

クモは主に食物を得るために巣を張るので、これは根本的に重要な質問です。すべての種類のクモは例外なく捕食者であることに注意してください。ただし、彼らの食事は、体の大きさ、狩猟方法、場所によって大きく異なります。すべてのテネット (巣を編む) クモは食虫性であり、その食事は主に飛行形態に基づいています。ただし、這うキャラクターが木から巣に落ちても、その所有者は彼を軽蔑しません。巣穴や地面に近いところに住んでいる人は、主に直翅目や甲虫を食べますが、小さなカタツムリや虫を避難所に引きずり込むこともあります。クモが食べるものの多様性の中には、より大きな物体もあります。アルギロネータと呼ばれる部族の水生代表者にとって、甲殻類、水生昆虫、魚の稚魚が犠牲になります。エキゾチックな巨大タランチュラはカエル、鳥、小さなトカゲ、ネズミを捕食しますが、彼らの食事のほとんどは同じ昆虫で構成されています。しかし、もっと気難しい種もいます。ミメット科のメンバーは、その種に属さないクモのみを狩ります。巨大なタランチュラ、グラモストラは若いヘビを食べ、驚くべき量でそれらを破壊します。 5 つのクモ科 (特にアンシロメテス) は魚を捕まえ、潜ったり、泳いだり、獲物を追跡したり、陸に引き上げたりすることができます。

アレルギー

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ウェブの謎。 クモの生活における巣の意味は何ですか? 蜘蛛はどのように巣を使うのでしょうか？