По износостойкости кутикула коготков пауков оказалась на уровне перламутра

N+1Наука

Марганец и кальций упрочнили коготки пауков

Артем Моськин

Maryam Tadayon et al. / Advanced Functional Materials, 2020

Немецкие и израильские биоинженеры изучили взаимосвязь между структурой, составом и механическими свойствами коготков паука Cupiennius salei и пришли к выводу, что ионы марганца и кальция локально упрочняют их участки за счет перекрестного сшивания связывающих белков кутикулы. По устойчивости к трению коготки этого паука обгоняют многие органические биологические структуры и находятся на одном уровне с эмалью и перламутром. Работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials.

Когти, жала и клыки животных долгое время совершенствовались для более успешного прокалывания жертвы, разрезания ее тканей и сцепления с поверхностью. Они, как и многие другие природные структуры, строятся из небольшого множества материалов: полисахаридов вроде хитина и целлюлозы, белков, подобных кератину, коллагену и фиброину, и минералов (карбоната и фосфата кальция и оксида кремния). Несмотря на это, механические свойства биоматериалов обширны, в основном за счет неоднородности состава и иерархичной архитектуры.

Примером такого материала может служить кутикула членистоногих. У пауков она лежит в основе коготков на лапках, а также хелицер. Коготки помогают им передвигаться, карабкаться и цепляться за грубые поверхности. А с помощью хелицер животное протыкает экзоскелет жертвы и впрыскивает под него яд. Кутикула состоит из нитевидной прокутикулы и внешней эпикутикулы. В них хитин-белковые волокна складываются либо в слои с параллельным направлением нитей, либо в структуру переплетенной фанеры, в которой направление хитиновых кристаллов меняется от слоя к слою.

Такое непостоянство структуры волокон приводит к значительным изменениям в механических свойствах кутикулы в разных частях тела одного животного. Более того, упауков Cupiennius salei хелицеры локально упрочняются за счет перекрестного сшивания гистидиновых участков белков ионами цинка. Процессы минерализации в большей степени распространены у ракообразных, но и другие членистоногие аккумулируют ионы цинка, марганца и кальция в кутикулярных приспособлениях (например, у насекомых в жалах, челюстях и яйцекладах). Механическое поведение кутикулы изучено в значительной степени, однако масштабного анализа взаимосвязи между ее структурой, свойствами и функциями проведено не было. Такой анализ позволил бы установить механизм адаптации к специальным функциям на уровне материала.

Мариам Тадайон (Maryam Tadayon) и Яел Полити (Yael Politi) с коллегами из Института коллоидов и поверхностей Общества Макса Планка и Университета имени Бен-Гуриона смоделировали механическое напряжение на коготках

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Цианистый калий: что это такое и как работает Цианистый калий: что это такое и как работает

Цианиды, то есть синильная кислота и ее соли, – далеко не самые сильные яды

Популярная механика
Ученые проследили за бездействующими коровами Ученые проследили за бездействующими коровами

Бездействие — признак того, что животное скучает или находится в депрессии

N+1
В чем секрет сверхвыносливости верблюдов В чем секрет сверхвыносливости верблюдов

Что есть у верблюдов, чего не хватает людям и многим другим животным?

СНОБ
Найти альтернативу подвигам: как остановить и обезвредить эмоциональное выгорание среди женщин Найти альтернативу подвигам: как остановить и обезвредить эмоциональное выгорание среди женщин

Почему важно научиться отдыхать и как компании могут помочь в этом сотрудникам

Forbes
Кровный враг: почему укус комара так чешется Кровный враг: почему укус комара так чешется

Ох уж этот протяжный раздражающий писк над ухом

Популярная механика
Сам себе фармацевт Сам себе фармацевт

Как правильно хранить лекарства в квартире

Лиза
Оптомеханическая система уменьшила квантовый шум при комнатной температуре Оптомеханическая система уменьшила квантовый шум при комнатной температуре

Устройство, которое способно подавлять до 15 процентов квантового шума

N+1
Колыбель цивилизации: 8 самых крутых вулканов Солнечной системы Колыбель цивилизации: 8 самых крутых вулканов Солнечной системы

Астрофизики уверены — вулканическая активность способствует появлению жизни

Популярная механика
Феномен мертвой воды: почему погибли корабли Клеопатры Феномен мертвой воды: почему погибли корабли Клеопатры

Что такое мертвая вода и как она воздействует на корабли?

Популярная механика
Сам себе злобный Буратино: как знаки зодиака сами портят свою жизнь Сам себе злобный Буратино: как знаки зодиака сами портят свою жизнь

Как знаки зодиака портят себе жизнь?

Cosmopolitan
Как происходит кредитование за рубежом Как происходит кредитование за рубежом

Как получить кредит за рубежом и какие сложности подстерегают будущего заемщика?

СНОБ
Яркий символ лугов Яркий символ лугов

Характерный мазок дивного лугового полотна — высокий раскидистый донник!

Наука и жизнь
Для чего нужно предисловие и можно ли его опустить Для чего нужно предисловие и можно ли его опустить

Одна из глав книги «Архитектура сюжета. Как создать запоминающуюся историю»

СНОБ
Какого цвета закат на других планетах Какого цвета закат на других планетах

От чего зависит цвет заката на других небесных телах Солнечной системы?

Популярная механика
Беги, Форест, беги: 6 лучших марафонцев царства животных Беги, Форест, беги: 6 лучших марафонцев царства животных

Шестерка самых быстрых животных на земле

Популярная механика
Уникальные и безумные: круглые броненосцы контр-адмирала Попова Уникальные и безумные: круглые броненосцы контр-адмирала Попова

Круглые броненосцы не имеют аналогов в мире и по сей день вызывают споры

Популярная механика
Сладко-соленое: как и почему мы различаем вкусы Сладко-соленое: как и почему мы различаем вкусы

Как устроен механизм распознавания вкусов и можно ли его обмануть?

Популярная механика
Правила жизни Сильвестра Сталлоне Правила жизни Сильвестра Сталлоне

Правила жизни кумира молодежи 90-х Сильвестра Сталлоне

Esquire
Главное – сломать систему! Главное – сломать систему!

Интервью участников коллектива P22 Ивана Далматова и Ивана Привалова

Playboy
Объемное пространство плоских декораций Объемное пространство плоских декораций

Как использование LED-экранов перевернуло процесс создания кино с ног на голову

Популярная механика
Астрономы впервые увидели исчезновение короны черной дыры Астрономы впервые увидели исчезновение короны черной дыры

Корона вокруг сверхмассивной черной дыры сначала исчезла, а потом восстановилась

N+1
Хмурое утро после праздника: чем обернется отмена льготной ипотеки Хмурое утро после праздника: чем обернется отмена льготной ипотеки

Завершение программы льготной ипотеки может привести рынок новостроек к обвалу

Forbes
Жить в угоду другим или быть «плохой» и счастливой? Жить в угоду другим или быть «плохой» и счастливой?

Нужно ли всегда быть покладистой и помогать другим

Psychologies
Путешествие-побег: можно ли уйти от боли Путешествие-побег: можно ли уйти от боли

Как пережить потерю

Psychologies
5 самых масштабных научно-фантастических циклов: космический размах 5 самых масштабных научно-фантастических циклов: космический размах

Гордость научной фантастики

Популярная механика
Что нужно, чтобы стать тату-мастером: пошаговая инструкция освоения профессии Что нужно, чтобы стать тату-мастером: пошаговая инструкция освоения профессии

Готов превратиться в крутого тату-мастера?

Playboy
Оговорка по Фрейду: на что намекает твое бессознательное, когда ты путаешь слова Оговорка по Фрейду: на что намекает твое бессознательное, когда ты путаешь слова

Некоторые оговорки и описки совсем не случайны

Cosmopolitan
Какими будут антибиотики будущего: новое исследование Какими будут антибиотики будущего: новое исследование

Ученые исследовали взаимодействие природного антибиотика с его мишенью

Популярная механика
Артист, журналист, художник и лучший друг 660 млн человек: почему бот Microsoft Xiaoice стал самым популярным в Китае Артист, журналист, художник и лучший друг 660 млн человек: почему бот Microsoft Xiaoice стал самым популярным в Китае

Как работает интеллектуальный чат-бот от Microsoft

VC.RU
Злые снаружи, добрые внутри: сериальные плохиши, в которых мы влюблялись по уши Злые снаружи, добрые внутри: сериальные плохиши, в которых мы влюблялись по уши

Главные сериальные плохиши, в которых в свое время вкрашивались все девчонки

Cosmopolitan
Открыть в приложении