Исследователи изучили клей, который делает паутину пауков-кругопрядов липкой, чтобы понять, как свойства этого материала меняются в различных условиях.
Пауки-кругопряды и пауки надсемейства Araneoidea отличаются своей способностью производить химически липкий водный клей в специализированных агрегатных шелковых железах. Агрегатный клей — это экологически чистый материал, который эволюционировал, чтобы оптимально работать при той влажности, при которой паук кормится. Белковые компоненты и их модификации придают клею липкость, но идентичность этих белков не была описана для паутины.
Используя биомеханику, данные об экспрессии генов и протеомику, ученые охарактеризовали физические свойства и молекулярные компоненты клея у двух видов, обитающих в разных средах: Argiope argentata и Argiope trifasciata.
«Обнаружение липких белковых компонентов биологических клеев открывает двери для определения того, как изменяются свойства материалов», — говорят ученые. «Волокна паучьего шелка и клей представляют собой фантастическую модель для ответа на такие вопросы, поскольку они в основном состоят из белков, а белки кодируются генами».
«Паутина и клеи обладают огромным биомиметическим потенциалом. Пауки производят клеи с впечатляющими свойствами, которые могут найти применение в промышленности, медицине и не только».
Запутаться в паутине
Каждая нить паутины паука-кругопряда способствует захвату пищи. Паутина имеет жесткую структуру, которая поглощает удары добычи, которая затем захватывается липкими нитями до тех пор, пока паук не сможет схватить ее.
Эти нити делаются липкими за счет водного клея, синтезируемого в агрегатных железах. Клей поглощает воду из атмосферы и должен быть оптимизирован для достижения наилучших результатов липкости при местной влажности.
Но есть много видов пауков-кругопрядов, живущих в разных средах, а это значит, что их клей должен адаптироваться к разным уровням влажности.
Чтобы понять, как адаптируется липкость паутинного клея, ученые сосредоточились на двух видах: Argiope argentata, обитающем в засушливой среде; и Argiope trifasciata, обитающем во влажной среде.
Команда собрала паутину A. trifasciata в дикой природе и заставила пауков A. argentata плести паутину в лаборатории. Чтобы гарантировать, что эти паутины были эквивалентны паутине в дикой природе, ученые кормили пауков диетой, сравнимой с их обычной добычей, и сравнивали объем капель клея с контрольными насекомыми, чтобы убедиться, что влажность в лаборатории не влияет на свойства капель. Затем они проанализировали белки в клее и свойства материала капель.
Сложная ситуация
Ученые обнаружили, что капли пауков A. argentata меньше, чем капли A. trifasciata, и поглощают меньше воды по мере увеличения местной влажности. У них также были более мелкие белковые ядра, занимающие меньшую долю объема капли, и они поглощали меньше воды из атмосферы.
Прочность капель клея для обоих видов пауков основана на жесткости белкового ядра капель, и прочность белкового ядра A. argentata снижалась по мере повышения влажности. Капли клея для нитей A. argentata, как правило, располагались ближе друг к другу и были более липкими.
Ученые также проанализировали белки, обнаруженные в каплях клея, чтобы понять, как эти различия в свойствах материалов возникают из-за белков. Хотя белки, которые они обнаружили, были похожи, они появились в разных пропорциях, а клей A. argentata содержал белковые продукты четырех генов, которых не было в клее A. trifasciata.
Эти дополнительные белки и более сбалансированное соотношение белков AgSp1 и AgSp2 могут объяснить как большую прочность этого клея, так и его меньшую способность поглощать воду.
«Несмотря на существенные различия в свойствах материалов, эти два вида имеют общие белковые компоненты», — говорят ученые. «Последовательности этих белков также схожи между видами, но относительное количество отдельных белков различается. Изменение соотношения белков, вероятно, является быстрым механизмом для настройки свойств материала биологических клеев».
«В этом исследовании изучались только два вида, поэтому наши предполагаемые связи между белками и свойствами материала ограничены. Однако мы находимся в процессе документирования белковых компонентов и материальных свойств разнообразного набора видов, что даст больше возможностей для обнаружения механизмов того, как белки порождают материальные свойства».
Исследование было опубликовано в журнале Frontiers in Ecology and Evolution.