Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Pajęcza nić jest jak mięsień?

Recommended Posts

Nić pajęcza jest materiałem niezwykłym. Jest nie tylko pięć razy bardziej wytrzymała na rozciąganie od nici stalowej o tej samej masie, lecz dodatkowo jest bardziej elastyczna od gumy. Dzięki naukowcom z University of Akron dowiadujemy się o jeszcze jednej niezwykłej właściwości tego polimeru: zmienia on swoją długość pod wpływem zmian wilgotności powietrza, co oznacza, że może stać się materiałem do budowy sztucznych mięśni dla nanorobotów.

Jak wspomina autor badań nad pajęczymi nićmi, prof. Ali Dhinojwala z Wydziału Nauk o Polimerach na University of Akron, kurczenie się i rozszerzanie nici pod wpływem zmian wilgotności zaobserwował jego kolega z Wydziału Biologii, prof. Todd Blackledge. Naukowcy z zespołu prof. Dhinojwali postanowili wykorzystać to zjawisko w praktyczny sposób i zbudowali prosty układ zdolny do podnoszenia ciężarów.

Już podczas pierwszych obserwacji zauważono, że obniżenie wilgotności powietrza z 90% do 10% wystarcza, by nić o długości ok. 4 cm i średnicy 5,5 µm była w stanie podnieść w ciągu trzech sekund ciężarek ważący 9,5 mg na wysokość 0,65 mm. Co prawda oznacza to skrócenie się włókna zaledwie o 1,7%, lecz siła wytworzona w tym procesie, przekraczająca 50-krotnie siłe wytwarzaną przez ważące tyle samo włókno ludzkiego mięśnia, robi niemałe wrażenie. Zupełnie niesamowicie brzmi za to wielkość naprężeń, z jakimi radzi sobie skracająca się nić, wynosiły one bowiem aż... 40 megapaskali.

Proces zaobserwowany przez prof. Blackledge'a można wielokrotnie powtarzać bez utraty siły skurczu. Niestety, kurczliwość włókien jest stanowczo zbyt mała, by były one użyteczne w obecnej formie. Naukowcy z University of Akron liczą jednak, że opracowanie metod splatania nici w większe sznury pozwoli na znaczącą poprawę tego parametru bez utraty pozostałych cennych właściwości niezwykłego materiału. 

Zdaniem prof. Dhinojwali udoskonalona wersja pajęczych sieci może mieć wiele zastosowań. Wśród przykładowych sposobów wykorzystania tego tworzywa badacz wymienia m.in. konstrukcję siłowników dla robotów i nanomaszyn, a także systemy dostarczania leków, zawory reagujące na wilgotność powietrza, a nawet... systemy wytwarzania energii. Co ważne, wynalazki te byłyby przyjazne dla środowiska i wydajne energetycznie, co czyni je bardzo atrakcyjnymi z punktu widzenia wielu gałęzi przemysłu.

Ze względu na prawa autorskie zdjęcia układu stworzonego przez zespół z Akron są dostępne pod tym adresem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mieszkające w naszych domach pająki unikają powierzchni, po których przeszły mrówki pewnego agresywnego gatunku. To wskazuje, że pozostawiają one po sobie jakiś chemiczny ślad. A ten można by wykorzystać do stworzenia ekologicznych środków odstraszających pająki, dzięki którym np. ludzie z arachnofobią mogliby czuć się bezpieczniej w swoich domach.
      Andreas Fischer z kanadyjskiego Simon Fraser University specjalizuje się w badaniu feromonów pająków. Poszukuje też praktycznych sposobów na utrzymanie zdrowego ekosystemu, przy jednoczesnym zniechęceniu pająków do odwiedzania ludzkich domów. Uczony mówi, że z jednej strony mamy pestycydy, które zabijają wszystko i zaburzają równowagę w ekosystemie, z drugiej zaś domowe porady, takie jak stosowanie skórki cytrynowej czy olejku migdałowego, w żaden sposób nie działają na pająki.
      Ostatnio Fischer zwrócił uwagę na prace innych naukowców, z których wynikało, że tam, gdzie jest więcej mrówek, występuje mniej pająków.
      Uczony zebrał mrówki z trzech różnych gatunków oraz samice czterech gatunków pająków często występujących w północnoamerykańskich domach. Najpierw przez 12 godzin mrówki przebywały na papierowym filtrze w szklanej klatce. Mrówki dobrano równo pod względem wagi, co oznacza, że w przypadku jednego gatunku do eksperymentu użyto 43 mrówek, w przypadku zaś innego – zaledwie trzech.
      Po 12 godzinach mrówki z klatki usuwano i na 24 godziny umieszczano w niej samice pająków, obserwując, jak się zachowuje. Okazało się, że większość czarnych wdów (Latrodectus hesperus), fałszywych czarnych wdów (Steatoda grossa) oraz pająków hobo (Eratigena agrestis), unika papierowego filtra, po którym chodziły wścieklice zwyczajne (Myrmica rubra). Podobne, chociaż nie tak silne zachowanie, zauważono u krzyżaka ogrodowego (Araneus diadematus).
      Fischer sądzi, że pająki mogą unikać mrówek, gdyż wścieklice zwyczajne są szczególnie agresywne, mogą otaczać i zabijać pająki, które weszły na ich teren. Pająki mogły więc wyewoluować tak, by unikać tego gatunku. Hipoteza ta jest tym bardziej uprawniona, że pająki nie unikały miejsc, po których chodziły mrówki z gatunków hurtnica pospolita (Lasius niger) i Camponotus modoc.
      Uczony i jego koledzy nie wiedzą jeszcze, co konkretnie odstrasza pająki. Mają jednak nadzieję, że wkrótce się dowiedzą. A gdy odnajdą roznoszony przez mrówki środek chemiczny, którego boją się pająki, chcą rozpocząć eksperymenty nad stworzeniem jego wersji do użycia w domu.
      Fischer nie zaleca jednocześnie zbierania mrówek i chronienia w ten sposób domów przed pająkami. Ugryzienie wścieklicy zwyczajnej jest bardzo bolesne, a mrówek trudno jest się pozbyć. Stałyby się w domu większym problemem niż pająki, stwierdza.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ekstremalne zdarzenia pogodowe, np. tropikalne cyklony, wywierają ewolucyjny wpływ na populacje pająków żyjące w regionach podatnych na burze. Agresywne osobniki mają bowiem największe szanse na przetrwanie.
      Kanadyjczycy wyjaśniają, że wściekłe podmuchy wiatru mogą zniszczyć drzewa, zerwać wszystkie liście i rozrzucić szczątki po dnie lasu, radykalnie zmieniając habitaty i presje selekcyjne oddziałujące na wiele organizmów.
      [Co istotne] przez wzrost poziomu mórz częstość występowania takich tropikalnych burz będzie rosła - zaznacza Jonathan Pruitt z McMaster University.
      Zespół Pruitta badał żeńskie kolonie pająków Anelosimus studiosus. Te omatnikowate żyją wzdłuż Zatoki Meksykańskiej i atlantyckiego wybrzeża USA i Meksyku, czyli dokładnie na trasie tropikalnych cyklonów tworzących się w basenie Atlantyku między majem a listopadem.
      Autorzy publikacji z pisma Nature Ecology & Evolution podkreślają, że obserwowanie i dokumentowanie skutków ekologicznych ekstremalnych wydarzeń pogodowych jest bardzo trudne logistycznie, bo są one definiowane jako zdarzenia Black Swan. W książce pt. "Black Swan. The impact of the Highly Improbable" Nicolas Taleb, finansista z Wall Street, wytłumaczył, że "czarny łabędź" to zdarzenie 1) z gruntu nieprzewidywalne (ewentualnie prawdopodobieństwo jego zajścia jest szacowane jako skrajnie niskie), 2) niosące za sobą spore konsekwencje i 3) mające retrospektywny charakter; po zajściu takiego zdarzenia ludzie zawsze doszukują się przyczyn, czyniąc je przewidywalnym i wytłumaczalnym (jest wytłumaczalne i traktowane jako oczywiste, ale dopiero PO wystąpieniu).
      By przeprowadzić badania, naukowcy musieli więc rozwiązać szereg problemów logistycznych i metodologicznych, m.in. przewidzieć trajektorię cyklonów. Populacje próbkowano 2-krotnie: przed uderzeniem cyklonu i w ciągu 48 godzin od jego przejścia.
      Próbkowano 240 kolonii z podatnych na burze regionów przybrzeżnych i porównywano je do stanowisk kontrolnych. Biologów szczególnie interesowała kwestia, czy ekstremalna pogoda, w tym przypadku burza tropikalna Alberto oraz huragany Florence i Michael z zeszłego roku, spowodowała, że zaczęły przeważać pewne pajęcze cechy.
      Generalnie A. studiosus mogą być łagodne albo agresywne (to cechy dziedziczne). Agresywność kolonii jest określana/definiowana przez 1) szybkość i liczbę atakujących ofiarę, 2) tendencję do zjadania samców i jaj czy 3) podatność na infiltrację przez drapieżne pająki.
      Agresywne kolonie lepiej sobie radzą ze zdobywaniem zasobów, gdy jest ich mało, ale z drugiej strony są bardziej podatne na walki wewnętrzne, gdy przez długi czas brakuje pokarmu albo gdy kolonia ulega przegrzaniu.
      Tropikalne cyklony często wpływają na oba rodzaje stresorów: zmieniają liczbę latających ofiar i zwiększają ekspozycję słoneczną w bardziej otwartym piętrze koron drzew - wyjaśnia Pruitt.
      Analizy sugerowały, że po przejściu tropikalnego cyklonu kolonie z bardziej agresywnymi reakcjami (żerowaniem) produkowały więcej jaj. Do wczesnej zimy przeżywało też więcej młodych pająków. Taki sam trend obserwowano w przypadku licznych burz różniących się wielkością, czasem trwania oraz intensywnością.
      Zgromadzone dane sugerują, że dobór wywołany cyklonami napędza ewolucję ważnych cech funkcjonalnych.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Samice skakunów Toxeus magnus karmią młode mlekiem, które zawiera 4-krotnie więcej białka od mleka krowiego.
      Biolodzy rozpoznali T. magnus jako gatunek w 1933 r., ale "laktację" łatwo było przeoczyć, bo po schwytaniu ofiary drobne pająki szybko wycofują się do gniazda.
      W 2012 r. Zhanqi Chen z Chińskiej Akademii Nauk zauważył, że kilka pająków dzieli gniazdo i zaczął się zastanawiać, czy gatunek ten nie wykazuje przypadkiem jakiejś formy rozszerzonej opieki rodzicielskiej. Na odkrycie karmienia musiał jednak poczekać jeszcze 5 lat. Dopiero pewnej lipcowej nocy 2017 r. spotkało go wielkie szczęście i mógł podziwiać młodego pająka, który przywarł do brzusznej strony odwłoka matki.
      Naukowcy opowiadają, że gdy uciśnie się odwłok od spodu, z rowka znajdującego się za płucotchawkami (epigastric furrow) wypływa kropla białej cieczy. W pierwszych tygodniach od wylęgu jaj samica zostawia w gnieździe krople, które młode mogą sobie w razie potrzeby spijać. Później karmienie przyjmuje bardziej ssaczą formę: głodne młode musi przywrzeć do matki.
      W mililitrze mleka skakunów znajduje się ok. 2 mg cukru, 5,3 mg tłuszczów, a także 123,9 mg białka. W pierwszych 20 dniach życia młode żywią się wyłącznie nim. Choć w gniazdach zakładanych w laboratorium matki łapały co pewien czas owocówki dostarczane przez naukowców, nigdy nie karmiły nimi potomstwa.
      Po upływie 20 dni młode T. magnus zaczynają samodzielnie żerować. Przez blisko 3 tygodnie nadal mają jednak dostęp do mleka matki.
      Autorzy publikacji z pisma Science wyliczyli, że w laboratorium dzięki takiej łączonej diecie aż 76% pajączków dożywa dorosłości. Gdy po wylęgu rowek, przez który wypływa mleko, czopowano za pomocą korektora, wszystkie pajączki ginęły w ciągu circa 10 dni.
      Mleko matki jest potrzebne nie tylko najmłodszym w rodzinie. Kiedy epigastric furrow blokowano w 20. dniu życia, gdy pajączki już samodzielnie polowały, wskaźnik przeżycia także ulegał obniżeniu.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pewien sześćdziesięciokilkuletni mężczyzna zgłosił się do szpitala w Dalian w prowincji Liaoning z powodu dudniącego dźwięku w uchu. Badanie laryngologiczne wykazało, że przyczyną był pająk, który na lokalizację sieci wybrał sobie jego kanał słuchowy.
      Doktor Cui Shulin, zastępca ordynatora Oddziału Laryngologii w Dalian Central Hospital, opowiedział ostatnio dziennikarzom o anonimowym pacjencie, który 1 września zgłosił się do szpitala z powodu dudnienia i mrowienia w lewym uchu. Lekarze podejrzewali, że w uchu utkwił np. latający owad i zdecydowanie nie spodziewali się ujrzeć w kanale słuchowym pająka.
      Kładąc się spać ostatniej nocy, miałem nieprzyjemne odczucia w uchu, ale zbytnio się tym nie przejąłem. Gdy się obudziłem, było tak samo, a dodatkowo pojawiło się jeszcze dudnienie - opowiadał mężczyzna podczas wywiadu lekarskiego.
      Podczas badania endoskopem Shulin stwierdził, że na głębokości ok. 5 cm w kanale słuchowym znajduje się przeszkoda przypominająca mgłę. Za nią widać było poruszający się obiekt, który podczas wsuwania endoskopu uciekł jeszcze głębiej.
      Stwierdzenie Shulina, że jego zdaniem, to pająk, zaskoczyło zarówno pacjenta, jak i pielęgniarki. Gdy stawonóg został wypłukany z ucha, lekarze ustalili, że "incydent" nie uszkodził narządu słuchu.
      Shulin, który widział w uszach pacjentów liczne owady latające, a nawet karaczany, przyznał, że dotąd nie spotkał się pająkiem żyjącym w czyimś uchu.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Xinwei Wang, profesor z Iowa State University, dowiódł, że nić pajęcza przewodzi ciepło równie dobrze jak metal. Uczony specjalizuje się w poszukiwaniu naturalnych przewodników ciepła.
      Wiadomo, że takimi przewodnikami są diamenty, miedź czy aluminium, ale większość naturalnych materiałów bardzo słabo przewodzi ciepło. Środowisko naukowe od pewnego czasu spekulowało, że nić pajęcza może być przewodnikiem ciepła, ale nikt tego dotychczas nie badał.
      Wang zaprzągł do pracy osiem pająków z gatunku Nephila clavipes, które żywił w klatkach. Pozyskaną od nich sieć poddał testom i odkrył, że jest ona zadziwiająco dobrym przewodnikiem. Transportuje ona ciepło 1000-krotnie lepiej niż przędza jedwabnika i 800 razy lepiej niż inne naturalne tkanki. Jest w tym nawet lepsze od... miedzi. Przewodność cieplna nici pajęczej wynosi bowiem 416 watów na metr-kelwin, podczas gdy miedzi - 401 W/(m-K). Przędza pająka jest niewiele gorsza od srebra, którego przewodność cieplna to 429 W/(m-K).
      „Nasze odkrycie zmieni pogląd, jakoby materiały biologiczne charakteryzowały się niską przewodnością cieplną“ - stwierdził Wang.
      Kolejną zadziwiającą właściwością pajęczych nici jest fakt, że ich przewodność cieplna rośnie w miarę rozciągania. W większości materiałów przewodność cieplna spada gdy są rozciągane. Tymczasem uczony rozciągnął nić o 20% i uzyskał wzrost jej przewodności cieplnej również o 20%.
      Zdaniem Wanga badany przez niego materiał charakteryzuje się tak dobrą przewodnością gdyż na poziomie molekularnym pozbawiony jest defektów, zawiera proteiny z nanokryształami oraz przypominające sprężyny struktury łączące proteiny. Uczony zastanawia się, czy nie można będzie tak zmodyfikować przędzy pajęczej, by zwiększyć jej przewodność.
      Nowo odkryte właściwości nici pająka mogą posłużyć do stworzenia lepszej odzieży ochronnej, systemów odprowadzania ciepła z elektroniki, bandaży, które nie będą zatrzymywały ciepła i wielu innych przydatnych przedmiotów.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...