как пауки ходят по стенам
Как пауки держатся на гладких потолках?
Группа учёных из Швейцарии и Германии впервые детально изучила, как пауки бегают по гладкому потолку.
Учёные знали, что пауки используют крошечные коготки, чтобы цепляться за грубые поверхности. Но до сих пор никто не знал точно, как пауки держатся даже на гладких потолках, вися вверх тормашками.
Исследователи рассмотрели при помощи электронного микроскопа ноги паука вида Evarcha arcuata.
Оказалось, что его коготки – это пучки волос. Оказалось, каждый из них при дальнейшем увеличении также состоит из сотен тысяч совсем уж мельчайших волосков.
Они настолько малы, что могут подобраться очень близко к поверхности и взаимодействовать с ней на молекулярном уровне, используя электромагнитные силы Ван-дер-Ваальса.
Эти силы работают независимо от свойств материала поверхности или её влажности.
Используя атомный силовой микроскоп, учёные определили клейкую силу каждого такого волоска-сетулы.
Выяснилось, что паук может в принципе удерживаться на потолке, неся на себе вес в 170 раз больший своего собственного.
При этом, как и в случае с обычной застёжкой-липучкой, пауку трудно отодрать от поверхности сразу всю лапку, так что он отсоединяет волоски последовательно.
Один из исследователей, профессор Антониа Кезель (Antonia Kesel) из бременского университета прикладных наук (University of Applied Sciences), заявила, что данная работа поможет в будущем создавать новые костюмы для верхолазов или скафандры для космонавтов, в которых они бы ползали по поверхности космической станции, не боясь случайно улететь прочь.
Ползающие по стенам роботы также могли бы использовать «паучьи лапки».
Любопытно, что сходный принцип действует и в лапках гекконов, изучая которые учёные уже создали необычайные материалы для хождения по потолку
Зоологи объяснили способность пауков ползать по любой поверхности
Пауки способны бегать почти по любой поверхности — вертикальной, горизонтальной, наклонной, гладкой, шершавой. Учёные долгое время пытались найти однозначное объяснение этому умению, и теперь секрет членистоногих можно считать раскрытым.
Некоторые пауки обладают довольно массивным телом, однако, вопреки гравитации, они спокойно могут взбираться по абсолютно гладким вертикальным поверхностям. Зоологи много лет ломали голову над этим секретом, и теперь обнаружили интересную анатомическую особенность и поведенческую хитрость членистоногих, которые позволяют им ползать по любым поверхностям.
На кончиках лап у пауков имеются тысячи крошечных волосков, которые создают точки соприкосновения. Эти волоски очень маленькие и гибкие, а потому могут зацепиться за любую минимальную неровность. На молекулярном уровне у каждой, даже самой с виду гладкой поверхности, имеются шершавости и выпуклости, за которые можно ухватиться лишь очень тонкими волосками.
«Поскольку волоски на лапах пауков ещё и очень гибкие, они могут зацепиться сразу за несколько частей поверхности. За счёт этого обеспечивается дополнительная липкость», — поясняет ведущий автор исследования Йонас Вольфф (Jonas Wolff), биолог из Университета Киля в Германии.
В отличие от морских животных усоногих, которые прикрепляются к камням или корпусам судов на всю свою жизнь, пауки лишь временно прилепляют свои лапки к поверхности, по которой они взбираются. Биологи называют эту способность динамическим прикреплением («dynamic attachment»). Авторы нового исследования сравнивают процесс с лепкой стикеров на холодильник.
«В отличие от клея, который крепит одну поверхность к другой на длительный срок, паучьи волоски присасываются к неровностям всего на секунду, после чего контакт можно разорвать без особого труда», — рассказывает Вольфф, который много лет занимается этим вопросом.
В рамках своего эксперимента учёные исследовали способности пауков вида Cupiennius salei. Эти членистоногие генерируют достаточную силу липучести, чтобы не упасть, но при этом способны быстро оторвать лапки для мгновенного захвата и поглощения добычи.
Как правило, атака на жертву длится всего четверть секунды, после чего паук убегает со скоростью полметра в секунду. Для таких манипуляций отрывать волоски нужно крайне стремительно, утверждает Вольфф.
Изначально учёные предположили, что секрет кроется только в волосках на лапках, но Вольфф заподозрил, что это не единственная особенность пауков. Он измерил силу, которую тело паука сообщает стеклу, и она равнялась 97 милли-Ньютонам или 10 граммам.
«Звучит не очень впечатляюще, но это три-четыре веса паучьего тела. Таким образом, можно подвесить груз к телу паука, равный ему по массе, и животное не упадёт с гладкой вертикальной стеклянной поверхности. У небольших особей это соотношение ещё выше, поскольку кончики их лап ещё меньше относительно объёма тела», — сообщает биолог.
Чтобы определить, как каждая отдельная лапа генерирует ключевую силу, исследователи наносили тёплый пчелиный воск на лапки пауков, лишая их способности цепляться волосками. Лапы «отключали» сначала по одной, затем попарно, а потом сразу все. Учёные обнаружили, что сила, генерируемая противоположными лапами (например, передняя левая и задняя правая), раскрывала способность членистоногого крепиться к гладкому стеклу.
Когда противоположные лапы разъезжаются, генерируется больше трения между волосками и поверхностью, и за счёт этого паук прикрепляет своё тело более надёжно. Но в тот момент, когда необходимо лапы оторвать и захватить добычу, членистоногие сокращают расстояние между конечностями, и липкость снижается.
В своей статье, опубликованной в издании Journal of Experimental Biology, Вольфф и его коллеги рассказывают о своих наблюдениях и расчётах. Также учёные упомянули, что у людей не получилось бы прибегнуть к такой же хитрости, будь у них даже костюм Спайдермена: человек слишком тяжёлый для таких способностей.