Почему паутина в пять раз прочнее стали?

В следующий раз, когда увидите в лесу паутинку, задумайтесь: она настолько прочная, что одна такая нить толщиной со взрослого человека выдержала бы реактивный лайнер! Ученые долго бились над решением этой загадки и наконец раскрыли секрет: оказалось, что все дело в уникальной структуре ловчей сети пауков.

Чтобы узнать, почему паутина в пять раз прочнее стали, ученые изучили нити, которые ядовитый паук Loxosceles reclusa вырабатывает для создания ловчих сетей и вместилищ для кладок яиц. При укусе этого паука с невероятно длинными лапами у человека развивается локсосцелизм — воспаление, а затем и гангренные струпья из отмирающих тканей на месте укуса. Исследователи внимательно рассмотрели паутину с помощью атомного микроскопа и обнаружили одно удивительное обстоятельство. То, что невооруженный глаз принимает за одну-единственную тончайшую нить (толщина которой примерно в 1000 раз меньше человеческого волоса), на самом деле является плотным «канатом», сплетенным из сотен нановолокон. Диаметр одного такого волокна — 20 миллионных долей миллиметра. Подобно современным кабелям, каждая нить паутины состоит из параллельных наноструктур длиной не менее 1 мкм.

Не очень длинное волокно, не правда ли? Так может показаться на первый взгляд. Однако, если рассмотреть структуру на микроуровне, то окажется, что длина такого волокна может превосходить ширину примерно в 50 раз — и исследователи уверены, что они могут растягиваться еще сильнее.

Идея того, что паутина состоит из нановолокон, не нова и уже множество раз обсуждалась в научном сообществе. Однако до сих пор исследователи не могли предоставить доказательство того, что наноскопические нити составляют всю паутину, а не отдельные ее части. «Секретным оружием» ученых в данном случае стали уникальные свойства паутины Loxosceles reclusa. Если большинство пауков прядет цилиндрические нити, то паутина этих по факту плоская, как лента — это облегчило исследование под мощным микроскопом.

Новое открытие основывается на еще более ранней работе, которую команда опубликовала год назад. Тогда ученые выяснили, что L. reclusa (их еще называют «коричневые пауки-отшельники») усиливают плоские нити с помощью специальной техники плетения. Словно живая швейная машинка, паук вплетает примерно 20 микропетель в каждый миллиметр паутины. Такие «стежки» укрепляют липкую ловчую сеть и придают ей невероятную прочность. Исследователи уверяют, что даже если форма нитей и техника плетения сетей у других пауков и отличаются, новое открытие может стать отправной точкой для изучения натуральных волокон, которые производят другие виды.

Для человечества эта информация чрезвычайно важна — зная, как природа создает сверхпрочные и очень легкие нити, мы и сами сможем создавать их синтетические аналоги. Искусственная паутина пригодилась бы везде, от военной и медицинской промышленности до рядового текстиля. Однако сейчас воссоздать подобное волокно в промышленных масштабах крайне тяжело, и в это так никто и не преуспел (хотя пару лет назад такие попытки были). Ученые надеются, что дальнейшие исследования помогут рано или поздно поставить на службу человечеству один из самых сложных и необычных материалов в мире.