Ген паука позволяет шелкопряду вить нити прочнее стали. Ученые уже собрали километры сверхпрочных гибких волокон с колонии трансгенных шелковичных червей, показав возможность крупномасштабного изготовления таких нитей.
«Шелкопряд может дать нам гораздо больше шелка, чем паук - паутины», говорит молекулярный биолог Малькольм Фрейзер (Malcolm Fraser) из Нотр-Дамского Университета.
Паутина уже давно ценится как суперволокно, которое может быть использовано в разнообразных областях - от изготовления бронежилетов до хирургических швов и «лесов» для восстановления хрящевой ткани.
В прошлом году в Музее естественной истории (Нью-Йорк, США) был выставлен уникальный гобелен размерами 3,35 х 1,22 метра, созданный из паутины, на сбор которой у команды из 70 человек ушло 4 года. Над плетением волокон для золотистой ткани потрудилось более миллиона диких пауков. Но пауки, как правило, хищные одиночки, которые на дух не переносят своих сородичей и порой не брезгуют каннибализмом, оказавшись в их компании. Поэтому создание «паучьих ферм» и массовое производство заветных нитей оставались до недавнего времени невозможными.
Ученые с переменным успехом пытались наладить производство паутины с помощью бактерий, табака и даже коз. Сегодня команда, возглавляемая Фрейзером, вырастили колонию шелкопрядов, которые дают нити почти столь же прочные, как паутина. Секрет в отдельных генах паука, введенных в хромосомы гусениц.
Шелкопряды - природные «прядильные фабрики». Шелковые железы в их теле занимают около трети объема. По словам Фрейзера, один кокон способен дать нить длиной более километра. Шелкопряды были одомашнены несколько веков назад, и их использование для коммерческого производства шелка давно перестало быть чем-то необычным. Но шелк гораздо менее прочен, чем паутина (почему - читайте «Шелк и паутина: Тонкая разница»). «Теперь мы сможем изготавливать шелковые волокна со свойствами паутины в коммерческих масштабах», - говорит Фрейзер.
Чтобы создать трансгенных гусениц, Фрейзер и его коллеги использовали мобильные ДНК-последовательности, называемые транспозонами piggyBac, с помощью которых фрагменты паучьих генов были вставлены в эмбрионы шелкопрядов. В результате свойства получаемого шелка зависели от того, где заканчивалась «паучья» последовательность в хромосоме шелкопряда.
«Такие манипуляции позволяют получать волокна с различной гибкостью, прочностью и твердостью - в зависимости от планируемого применения», - говорит Фрейзер.
Однако не у всех особей шелкопряда ген паука был выражен. Чтобы выявить взрослых носителей этого гена, исследователи «прикрепили» к нему красный флуоресцентный белок (О методах флуоресцентной маркировки читайте - «Белок с подсветкой» и «Кому досталось золото»), в результате чего все мутанты имели светящиеся красные глаза.
Создав колонию трансгенных гусениц, ученые смогли получить нити, достигающие 80% прочности паутины, и сравнимые по прочности с кевларом. Впрочем, паутина некоторых видов пауков может быть гораздо прочнее, превосходя кевлар в 10 раз. «На данный момент мы не получили прочность такого порядка, но готов поспорить - однажды мы сможем добиться и этого», говорит Фрейзер.
Прикрепив к генам паука другой флуоресцентный белок, исследователи заставили шелк светиться зеленым. При этом волокна сохранили все свои свойства, что говорит о том, что ученые могут использовать дополнительные гены без ущерба прочности, жесткости и гибкости. Одним из потенциальных применений этой особенности может стать изготовление хирургических нитей, которые будут стимулировать образование обычных клеток кожи вместо рубцовой ткани.
«Мы можем смешивать гены, как краски в палитре, - говорит Фрейзер. - Мы берем гены, кодирующие необходимые свойства, комбинируем их, и все они проявляются в полученных волокнах».
«Это большой шаг вперед, - сказал бионженер Дэвид Каплан (David Kaplan) из Университета Тафтса. - До появления научных публикаций трудно говорить о том, насколько важной и полезной окажется разработка. Но принцип хорош, и мне было бы интересно узнать больше».
Знают не только любители живой природы, но и те, кто жить не может без качественной модной одежды. Но мало кому известно о том, что люди давно научились получать ценнейшую шелковую нить и с помощью пауков. Статья поможет покончить с этой несправедливостью и расскажет об удивительных существах, которых недаром называют золотистыми ткачами.
Пауки-шелкопряды пока не имеют такого промышленного значения, как тутовые, но сегодня все больше экспертов различных отраслей проявляют к ним интерес.
Ареал обитания
Китайцы, одомашнившие тутового шелкопряда еще за 3000 лет до Рождества Христова, первыми обратили внимание и на шелковистую паутину. Они попробовали соткать из нее полотно - и у них получилось. Эта ткань получила поэтичное название «сатин восточного моря».
Независимо от китайцев обратили внимание на сияющие нити и французы. В середине XVII века страна пережила нашествие пауков, которые оплели тенетами все окрестные заборы, деревья и даже стены домов. Местные девушки наделали лент и кружев из золотистых нитей. Но совсем скоро, когда люди научились ткать невесомую ткань, подобные изыски стали недоступными для простолюдинов. Сохранились сведения, что чулки из паучьего шелка были даже у короля Людовика XIV, а по версии некоторых исследователей, такие перчатки держит в руках Жозефина Богарне на портрете работы Летьера.
Вскоре обнаружилось, что удивительный паук живет не только в Китае и Средиземноморском побережье. Огромная колония была найдена на Мадагаскаре. Ценного паука завезли в Америку, во многие страны Европы и Азии, причем там, где климат обладает достаточной мягкостью, шелковый труженик прекрасно прижился. Сегодня он встречается во многих странах мира, в том числе и в России.
Внешние особенности
Цвет нити паука-шелкопряда от желтого до насыщенного золотого, именно поэтому ткач получил свое название, а вовсе не из-за окраса. Тело обычно бывает темным со светлыми пятнами по бокам, а лапки полосатыми.
Отметим, что половой диморфизм выражен очень сильно: самка во много раз крупнее и тяжелее самца. Размеры ее тела достигают в среднем 2,5 см, а если считать вместе с размахом ног, то и 12. Самец меж тем не превышает и половины сантиметра.
Фото пауков-шелкопрядов помогают получить представление о том, что эти существа по-своему красивы.
Характеристика тенет
Паук-шелкопряд прядет очень замысловатую паутину с мелкими ячейками и сложным рисунком. Для тенет характерна такая особенность, как stabilimenta - так называемые случайные буквы, то есть нити, переплетаясь, слагаются в подобие печатных символов.
Нить очень прочная. В тенета попадаются не только насекомые, но даже небольшие птички, которые нередко гибнут, не сумев выпутаться. Золотой паук-шелкопряд, кстати, рассматривает птиц в качестве добычи и может питаться их мясом.
Золотой окрас, по мнению ученых, выполняет сразу две функции. Переливаясь на солнце, нити привлекают пчел, а в затемненных участках они становятся практически невидимыми на фоне листвы.
Свойства паучьего шелка
Когда французы начали изучать возможность промышленного использования пауков-шелкопрядов, они провели ряд экспериментов. В частности было установлено, что развить колонию во Франции невозможно. Над всей страной просто не было столько насекомых, сколько понадобилось бы для пропитания количества ткачей, необходимого для мануфактуры. Поэтому производство осталось кустарным, шелка производилось очень мало, а цены на него были поистине баснословными.
Уже в наше время ученые определили, что нить толщиною в 0,1 мм способна выдержать до 80 граммов! Для сравнения: такая же нить тутового шелкопряда выдерживает не более 15 г.
Прочность ткани тоже необычайно высока. При одинаковой толщине она намного крепче той, что получена из шелка тутового насекомого, а при одинаковой прочности паучий шелк намного тоньше. Причем брать нить можно не только из кокона или из самой паутины, но и непосредственно из паука. Одна особь может дать до 4 км нити за месяц (рекорд размотанного тутового кокона - 500 м).
Получить более полное представление о пауке-шелкопряде поможет подборка интересных фактов.
- Установлено, что золотые ткачи панически боятся… тараканов! Пока что ученые не могут понять причины такого явления. Но при виде таракана паук либо бежит, бросая тенета и добычу, либо впадает в оцепенение.
- Самка паука-шелкопряда может поедать партнеров сразу после спаривания. Нередко самцы подкрадываются к ней для очередного сеанса, пока она лакомится останками бывшего «возлюбленного». Явление не настолько распространено, как, к примеру, у богомолов, но характерно для многих популяций, проживающих в разных уголках планеты.
- Дизайнеры Николас Годли и Саймон Пирс провели 3 года в Антананариву (в столице Мадагаскара), чтобы собрать нити, соткать полотно и сшить великолепный золотой наряд. По оценкам экспертов, 1 м 2 такой ткани стоит около полумиллиона долларов. Платье в настоящее время является экспонатом в Лондоне и не имеет цены, то есть является бесценным и продаже не подлежит.
Опасность для человека
Считается, что для людей токсин яда не опасен. Но сам укус довольно болезненный, около суток может наблюдаться покраснение, зуд и отечность. В редких случаях наблюдаются более тяжелые последствия в виде общего недомогания, головокружения, тошноты. Здесь имеет место личная непереносимость компонентов, поэтому обратиться к врачу крайне необходимо.
Кусаются, как правило, самки. Их мощные хелицеры могут даже оставить шрамы на коже. Кстати, самки золотистых ткачей являются самыми крупными пауками, не принадлежащими к тарантуловым.
Nephila komaci — является самым крупным видом рода и самым крупным пауком, плетущим ловчие сети.
Самки достигают 12 см в размахе ног, при длине тела 4 см. При этом паутина, которую они плетут, может достигать более одного метра в диаметре! Самцы, как это часто бывает в мире пауков, намного меньше самок - длина их тела составляет около 1 см, а размах ног составляет всего 2,5 см.
Интересно, что сначала этот вид пуков был идентифицирован по музейным экземплярам в результате работы ученых с коллекциями в исследовательском Институте по защите флоры в Претории (Южная Африка) и Вене (Австрия). Это произошло в 2000 году. А спустя семь лет, в 2007-м, паук Nephila komaci был обнаружен в дикой природе, в парке Tembe Elephant Park. Нашли его ученые-биологи из Словенской академии наук и искусства Матьяш Кунтнер и Джонатан Коддингтон, которые являются сотрудниками Вашингтонского национального музея естественной истории.
Обнаружили его ученые-биологи из Словенской академии наук и искусства Матьяш Кунтнер и Джонатан Коддингтон, которые являются сотрудниками Вашингтонского национального музея естественной истории.
Данный вид был назван в честь друга и помощника одного из первооткрывателей арахнолога Andrej Komac, который трагически погиб во время экспедиции.
Как оказалось, находка - первый случай обнаружения нового представителя рода Nephila Leach
за последние сто с лишним лет. Впервые паука этого рода нашел в 1879 году арахнолог Friedrich Karsch, и на протяжении последующих десятилетий все найденные экземпляры оказывались синонимами уже идентифицированных видов. Ученые утверждают, что Nephila komaci
ведет настолько скрытный образ жизни, что в дикой природе увидеть его практически невозможно. Ареал обитания Nephila komaci
- Танзания, Занзибар, Южно-Африканская республика, Мадагаскар. Паук живет в лесах с песчаными почвами.
Обитают эти пауки на небольшой территории песчаных лесов, где между ветвями они сооружают свои гигантские ловчие сети, диаметром 1-1,5 метра. Золотой отблеск нитей дал этим паукам еще одно неофициальное название - пауки-золотопряды. Нити этой паутины достаточно прочные и способны поймать не только крупных насекомых, но даже небольших птиц!
Благодаря таким прочным свойствам этой паутины некоторые умельцы смогли сплести из неё золотистое полотно площадью чуть более 3 кв. м., которое теперь находится в Американском музее естественной истории. Для создания этого полотна потребовалось 4 года, несколько десятков рабочих и пауки, из которых аккуратно вынималась нить, после чего их отпускали на волю.
В период размножения самцы некоторое время находятся поблизости от самки и ожидают, пока та не полиняет. Спаривание происходит сразу после окончания линьки, когда самка наиболее беспомощна и еще слаба. После оплодотворения самцы оставляют свои гениталии в теле самки, чтобы предотвратить спаривание с другими самцами. Помимо этого всю остальную часть своей жизни они проводят на территории самки, отгоняя других самцов.
Пауки рода Nephila ядовиты, но не представляют особой опасности для людей. Их яд обладает нейротоксическим эффектом. Укус может вызвать покраснение, небольшую боль и волдыри, но все это проходит в течение суток. Лишь у аллергиков могут возникнуть затруднения с дыханием.
Название золотые ткачи эти пауки получили по цвету нитей паутины, а не к цвету непосредственно паука. Желтые нити их паутины сияют, как золото, в солнечном свете. Экспериментальное свидетельство предполагает, что цвет шелка имеет ряд функций: освещенные солнцем паутины ловят в ловушку пчел, которых привлекают яркие желтые нити, тогда как в теневых пятнах желтый смешивается с листвой, работая как камуфляж.
Нити паутины достаточно прочные, чем не преминули воспользоваться некоторые умельцы. Так, в Американском музее естественной истории можно лицезреть золотистое полотно площадью чуть более 3 кв. м., сотканное из паутины пауков-золотопрядов. Для его создания потребовалось 4 года, несколько десятков рабочих и пауки, из которых аккуратно вынималась нить, после чего их отпускали на волю.
Фотографии, на которых небольшая птичка попала в сеть к весьма крупному пауку и стала его добычей, в свое время были очень популярными во Всемирной паутине и обошли, наверное, весь мир. «Злодеем» оказался австралийский паук из рода Nephila. Но его размеры далеко не предел. Самым крупным представителем этого рода был признан паук Nephila komaci, чья длина тела в размахе ног достигает 12 сантиметров.
Этим паукам свойственен половой диморфизм, когда размеры самок в разы превышают размеры самцов. Тело самок достигает в длину 4 см., а в размахе ног — все 12 см! Самцы почти в 5 раз меньше, и длина их тела вместе с расправленными ножками составляет всего 2,5 сантиметра.
Сети большинства пауков Nephila сложны, с мелкоячеистой сферой, висящей в лабиринте нелипких барьерных сетей. Как и у многих ткачей липких спиралей, сфера возобновляется регулярно, если не ежедневно, очевидно потому, что неподвижность сферы уменьшается с возрастом. Когда погода хорошая (и дождь не повредил сферическую сеть), взрослый паук-шелкопряд часто восстанавливает только часть своей сети. Он удалит и съест ту часть, которая будет заменена, и будет строить новые радиальные элементы, а затем спрядет новые спирали. Это частичное возобновление паутины отличается от других ткущих паутину пауков, которые обычно заменяют всю сферическую сеть.
Обычно паук-шелкопряд сначала ткет нелипкую спираль с местом еще для 2-20 промежуточных спиралей (плотность липких спиральных нитей уменьшается с увеличением размера паука). Когда паук закончил грубое переплетение, он возвращается и заполняет промежутки. Принимая во внимание, что большинство ткущих паутину пауков удаляет нелипкую нить, прядя липкую нить, следует отметить, что пауки-шелкопряды оставляют первичную. Это производит эффект «нотной бумаги», когда шар освещен солнцем: группы липких спиралей, отражающих свет с «промежутками», где нелипкая спираль не отражает свет.
У некоторых видов самка съедает самца, но это не общее свойство. У ряда изученных видов происходит спаривание в то время, как самка заканчивает последнюю линьку. Это спаривание обычно вовлекает доминирующего самца, который был с самкой в течение нескольких дней до заключительной линьки.
Более поздние спаривания могут произойти в то время как самка ест. Роль преимущества у самцов (первое увеличение количества оплодотворенных яиц) не уверенное у этой разновидности, однако половая структура самки предлагает, что первые самцы имеют преимущество.
Большинство самок пауков имеет две независимых трубочки для оплодотворения, обе заканчиваются в их собственном органе хранения спермы — сперматеке.
Самцы африканских золотых пауков-шелкопрядов Nephila madagascariensis имеют три члена, каждый из которых прерывается во время секса. Но обычно может только заполнять одну сперматеку одновременно.
В редких случаях части гениталий самцов могут полностью занять половое открытие у самки, таким образом дающее ему преимущество перед другими самцами, сцепляющимися с этой самкой. Хотя ученые нашли что это не является существенным преимуществом вообще перед другими самцами в спаривании.
Некоторые пауки-шелкопряды Nephila показывают страх перед тараканами. Быстрые движения таракана и большая, темная форма заставляют некоторых из этих пауков бежать от тараканов или игнорировать совершенно притягательную пищу.
Пауки-шелкопряды Nephila, как известно, иногда едят своих собратьев, которые часто являются даже такого же самого размера.
Пауки из семейства Нефилы обитают в тропических лесах всех континентов. Хотя впервые таксон был выделен ещё в 1894 году, до конца XX века представителей рассматривали в качестве подсемейства Nephilinae сперва в семействе Araneidae, затем в Tetragnathidae. Только в 1995 году нефилам был придан ранг семейства. В настоящее к ним относят 58 видов, объединяемых в 4 рода. Нефилы считаются близкими родственниками пауков-крестовиков и относится к самым крупным паукам, плетущим сети: размах ног у них может достигать 15 см, причем самки в несколько раз крупнее самцов. Интересно, что самцы сами не охотятся, а живут на паутине самки и кормятся крохами с ее стола. Этих пауков часто называют золотыми ткачами, гигантскими древесными пауками или банановыми пауками. Название «золотые ткачи» они получили по цвету нитей паутины, а не из-за своей окраски. Желтые нити их паутины действительно сияют, как золото, в солнечном свете. Экспериментальное свидетельство предполагает, что цвет шелка имеет ряд функций: освещенные солнцем паутины ловят в ловушку пчел, которых привлекают яркие желтые нити, тогда как в теневых пятнах желтый смешивается с листвой, работая как камуфляж. Сети большинства пауков Nephila сложны, с мелкоячеистой сферой, висящей в лабиринте нелипких барьерных сетей. Как и у многих ткачей, сфера возобновляется регулярно, если не ежедневно, очевидно потому, что неподвижность сферы уменьшается с возрастом. Когда погода хорошая (и дождь не повредил сферическую сеть), взрослый паук-шелкопряд часто восстанавливает только часть своей сети. Он удалит и съест ту часть, которая будет заменена, и будет строить новые радиальные элементы, а затем спрядет новые спирали. Это частичное возобновление паутины отличается от других ткущих паутину пауков, которые обычно заменяют всю сферическую сеть.
Обычно паук-шелкопряд сначала ткет нелипкую спираль с местом еще для 2-20 промежуточных спиралей (плотность липких спиральных нитей уменьшается с увеличением размера паука). Когда паук закончил грубое переплетение, он возвращается и заполняет промежутки. Принимая во внимание, что большинство ткущих паутину пауков удаляет нелипкую нить, прядя липкую нить, следует отметить, что пауки-шелкопряды оставляют первичную. Это производит эффект "нотной бумаги", когда шар освещен солнцем: группы липких спиралей, отражающих свет с "промежутками", где нелипкая спираль не отражает свет.
Паутинная нить в 15 раз тоньше человеческого волоса, но по своей прочности превосходит синтетическое волокно кевлар, используемое при изготовлении бронежилетов. В ней могут запутаться не только насекомые, но также мелкие ящерицы и даже птицы. О прочности паутины нефил прекрасно знают жители тех районов, где они обитают. Например, в Камбодже нефил используют в хозяйстве: женщины осторожно вытягивают из паука паутину, наматывая ее кончик на веретено, затем из этих нитей ткут коврики, салфетки, платки. Также из паутины нефил делают отличные лески для ловли рыбы. Яд нефилы высокотоксичен, но для людей не смертелен.
У некоторых видов нефил самка съедает самца после копуляции, но это не характерно для всех представителей рода. У ряда видов происходит спаривание в то время, как самка заканчивает последнюю линьку. Это спаривание обычно вовлекает доминирующего самца, который был с самкой в течение нескольких дней до заключительной линьки. Более поздние спаривания могут произойти в то время, как самка ест. Большинство самок имеет две независимых трубочки для оплодотворения, обе заканчиваются в их собственном органе хранения спермы - сперматеке.
Банановый паук, или золотой паук-ткач Nephila clavipes
Золотой паук-ткач распространен от южной части США до Аргентины и Перу, но наиболее обычен в Коста-Рика. Они населяют открытые местности и опушки лесов и живут в условиях высокой влажности. Для вида характерен половой диморфизм: самки обычно крупнее самцов в 5-6 раз и достигают длины 9 см и веса 4 г. Основной фон окраски этого паука желтый (что и отражено в его названии), у него удлиненное тело и длинные волосатые ноги. Самцы живут на паутине самки и охраняет ее.
Примерно за 4 дня до финальной линьки самка прекращает питаться и ремонтировать паутину. Когда самцы приближаются к самки для копуляции, они особым образом вибрируют брюшком. Как правило, самки не съедают самцов после копуляции. После последней линьки самка может прожить еще около месяца, самец – 14-21 день.
В 1709 году Франсуа Ксавье Бон де Сент Илер, президент суда по счетам, пошлинам и финансам в Монпелье во Франции, подарил королю-солнце Людовику XIV пару носков из паутинного шелка, сделанных из сотен тщательно отобранных коконов. «Сейчас единственная сложность - процесс добычи необходимого количества коконов, чтобы сделать что-то стоящее», - написал Бон в письме, адресованному королевскому обществу Британии в том же году. Тремя столетиями позже сложность (не такую уж несущественную) удалось решить, и некоролевские особы впервые получили возможность купить себе предмет одежды из паутинного шелка - галстук, покрашенный в цвет морской волны, выпущенный ограниченным тиражом в пятьдесят экземпляров компанией Bolt Threads, занимающейся .
Конечно, пауки уже давно производят шелк для своих целей. Если верить Полу Хиллиарду, автору книги «Частная жизнь пауков» (Private Life of Spiders) , впервые это было замечено в штате Нью-Йорк на месте раскопок Девонского сланца, которому 380 миллионов лет: в этом месте палеонтологи нашли окаменелую брюшную часть паука, напоминающую лейку душа с двадцатью отверстиями, через которые древние пауки выделяли шелковые волокна, чтобы затем соединить их в одну нить. С тех пор пауки развили семь разных шелковых желез. Самцы пауков-крабов ткут гроздевидный шелк, которым связывают самок перед спариванием; самки ткут трубчатые коконы; пауки-каменщики выделяют особые липкие капельки, с помощью которых создают навесные люки из слоев земли и шелка.
Но самым практичным является похожая на пузырь форма (или каркасная нить), которую пауки задействуют для спуска и укрепления паутин. Вместе эти разные шелка используются в производстве самых разных вещей: водолазных капсул, навесов и даже камуфляжа. «Небольшое неаккуратно выглядящее пятно белого шелка можно принять за птичий помет», - пишет Хиллиард.
Но человеку далеко до искусности самих пауков, если говорить про использование паутинного шелка. Древние греки, по догадкам ученых, использовали коконы в качестве бинтов, а рыбаки Новой Гвинеи сплетали паутину пауков-кругопрядов в сети. В швейной промышленности использовались более слабые нити тутовых шелкопрядов. Бон объяснил это предрассудками человечества насчет «омерзительных насекомых», но правильнее было бы сказать, что пауков оказалось сложно приручить.
Бон замечает, что «разведение молодых пауков в комнате всегда заканчивалось одинаково: они вели себя враждебно и, в конце концов, съедали друг друга». Что досадно, ведь паутинный шелк - чудесный материал. Известный своей прочностью, он может быть крепче стали и более устойчив к разрыву, чем кевларПрочная ткань из армидового волокна .
Человек может без труда пройти через паучью сеть лишь потому, что каждая нить имеет диаметр в 0,003 миллиметра. Если бы диаметр достигал целого миллиметра, то, по всей видимости, такая паутина смогла бы поймать вертолет так же эффективно, как она сейчас ловит мух.
Паутинный шелк обладает исключительной эластичностью и легкостью. Некоторые шелка могут вытягиваться в пять раз от своей изначальной длины, прежде чем порвутся, а нить достаточно длинная, чтобы окружить Землю, весила бы не больше фунта. Пауки - способные химики, которые часто наделяют свои шелка влагоотводящими и противогрибковыми свойствами.
Привлеченные такой перспективой, некоторые предприимчивые любители шелка попытались пойти по стопам Бона - и все до единого наткнулись на проблему масштаба. Анатом времен гражданской войны, Берт Грин Уайлдер, известный тем, что он первым стал использовать в печати термин «нейрон» (а также коллекционированим мозга в банках), заявил, что смог получить 150 ярдов золотой нити, сплетенных большим пауком-шелкопрядом, во время службы в Фолли-Айленд в Южной Калифорнии.
Воодушевившись, Уайлдер начал разрабатывать машину для изъятия шелка, которая напоминала крохотные средневековые колодки: подвешенная деревянная доска закрепляла голову и лапы паука с одной стороны и брюшко с другой, а ручная катушка извлекала шелк. Это было хитроумное изобретение, но Уайлдер позже признал, что для того, чтобы сшить одно платье, потребуется шелк с пяти тысяч пауков. Прошло сто лет, но наука так и не продвинулась в этой области. В 1982 исследователи из Северокалифорнийского Университета публиковали журналы, описывавшие «аппарат и технику для принудительного изъятия шелка из пауков» -фактически улучшенную версию устройства Уайлдера, в которой можно было разместить дюжины арахнидов.
Полотно из золотой нити. Источник: Ecouterre .
Затем в 90-х наступила революция в генетике, а вместе с ней и возможность наделить менее агрессивные виды ДНК для производства паутинного шелка. Больше не требовалась ферма шелкопрядов; подходили генетически модифицированные кишечная палочка, дрожжи, ростки табака и даже козлы. Остатки стада BioSteel-козлов, профинансированных Министерством обороны, сейчас находятся в Университете Юты, так как компания, разводившая их для производства паутинного шелка, объявила себя банкротом.
Проблема была в том, что даже после вычеркивания живых пауков из уравнения процесс оставался, как говорил Дэн Видмайер, генеральный директор и соучредитель Bolt Threads, «трудоемким». Компания решила производить шелк при помощи пивных дрожжей, получившихся в результате брожения в емкостях из нержавеющей стали с водой и сахаром. Генетическое секвенирование, отвечающее за производство, задействовало две из четырех молекул, составляющих ДНК, и это означало, что процесс был повторяющийся,и его было легко нарушить. Экспериментировать с последовательностями с целью заставить дрожжи выделять разные виды белка шелка было сложно.
Видмайер подсчитал, что Bolt проработала с четырьмя тысячами формул с момента основания в 2009 году. «Затем, когда вы закончили брожение и у вас появился этот прекрасный белок, встает проблема извлечения его в высоком качестве, чтобы затем задействовать белок в качестве сырья для пряжи», - рассказывает он. Другими словами, дрожжи должны были выйти совершенно определенные - чтобы они смогли выделять шелк, иначе Видмайеру и его коллегам пришлось бы собирать отдельные клетки.
Когда белки шелка отделялись от насыщенной сахаром и дрожжами воды в бродильных емкостях, они проходили очистку и превращались в порошок. «Смесь напоминала один из протеиновых напитков», - заметил Видмайер. В порошок затем добавляли раствор, пока он не становился таким же вязким, как резиновый клей; получившаяся масса называется прядильным раствором, и ее можно продавить через фильер, чтобы получить волокна.
В природе паук использует механизм «тяни-толкай», чтобы превратить свой прядильный раствор в нить: внезапное понижение кровяного давления заставляет вязкий белок шелка выйти из отверстий на брюшной полости, затем паук собирает капли в пряди при помощи лап и веса.
«Многие рутинные и затянутые процессы во время пряжи могут пойти не так», - сказал Видмайер. Любые поправки, которые влияют на очистку белка, вязкость, кислотность и температуру, могут превратить прядильный раствор в липкую массу, из которой получатся капельки, а не нити. Поэтому Видмайер гордится, что его компании удалось произвести 50 галстуков, в каждом из которых есть 90 километров каркасной паутинной нити.
