Как паук плетёт паутину

Как паук плетёт паутину - как считанные минуты он создаёт крепчайшую сеть в мире? Для насекомых, которые застревают в паутине, шелковистые ловушки обычно означают медленную смерть. Но для исследователей, изучающих когнитивные способности животных, паутина открывает уникальную возможность для изучения сложного поведения: паутина служит физической записью поведения, в котором участвует паук, создавая структуры.

Учёных давно интересовало, как пауки — животные с маленьким мозгом и плохим зрением — создают сложные сети. Хотя не все из 50 000 видов пауков в мире плетут паутину, те, кто это делает, часто могут создавать несколько типов паутин — от шаровидных до треугольных и воронкообразных, — и в каждой паутине могут быть использованы разные типы волокна.

Исследование, недавно опубликованное в журнале Current Biology, является одним из первых, в котором описывается, как именно пауки совершают архитектурные подвиги. Чтобы выяснить, как именно они плетут паутину, исследователи использовали камеры ночного видения и нейронные сети для записи движений пауков. Результаты подтвердили предыдущие открытия, показывающие, что пауки обычно плетут паутину в разные фазы, а также показали, что можно надёжно предсказать, на какой стадии создания паутины находится паук, наблюдая за его поведением.

Недавнее исследование было сосредоточено на виде пауков Uloborus diversus - паукообразных, распространённых в США, которые предпочитают плести так называемые паутинные шары. Чтобы изучить этот процесс, исследователи построили “поведенческую арену”, оснащённую инфракрасными камерами, в которой отдельные пауки могли плести паутину, что обычно занимает несколько часов.

В брюшке паука расположена настоящая "шёлковая фабрика" - многочисленные желёзки производят вязкий секрет, который, выдавливаясь через паутинные бородавки, превращается в тонкую эластичную пряжу. Эта способность только паукам даётся с рождения и до самой смерти. Обычно процесс начинается с того, что паук строит неорганизованную паутину, называемую “протосетью”, которая не имеет чёткой формы или регулярности. Для закрепления паутины ему достаточно трёх точек.

Начиная строительство, он выпускает длинную нить, которая вьётся по воздуху пока не зацепится за поверхность. После этого он тянет новую нить, чтобы закрепить её ниже, а затем возвращается с новой паутинкой на противоположную сторону от первой нити. Так получается треугольный каркас, а остальное дело техники.

Позже паук удаляет большую часть протосети или преобразует некоторые линии в радиусы. Когда радиусы установлены, паук обычно закрепляет нити на периферии паутины, чтобы создать каркас. Наконец, паук создаёт две спирали: вспомогательную, которая, как считается, укрепляет структуру, и спираль для захвата, изготовленную из особо липкого шелка для захвата. В результате получается шар.

Природа не поскупилась на идеи для хитроумных охотничьих приспособлений из паутины: кроме сетей самой разной формы, существуют лабиринты, сачки и даже арканы.

Колесовидные сети пауков-кругопрядов - вершина строительного мастерства. Они поражают совершенством линий, как будто отмеренных по линейке. Но главное - точное инженерное решение, при котором наибольшая площадь облова достигается наименьшими затратами паутины. Подсчитано, что за день такая сеть вылавливает порядка 250 летающих насекомых. И все благодаря тому, что она почти целиком висит в воздухе.

Казалось бы, эта "технология" совершенна во всех отношениях. Но даже она получила своё эволюционное развитие: большая часть кругопрядов вместо плоских сетей правильной геометрической формы строят пространственные неправильные. Такое решение имеет огромное преимущество, ведь их можно расположить в любом доступном уголке - в траве, между камней или брёвен, в трещинах или под корой.

Но далеко не все пауки ловят добычу паутинными силками. Пауки-охотники добывают пропитание хватая жертву "голыми руками". В мире существует более 40 000 видов пауков. Среди них охотников и тенётников (плетущих сети) насчитывается примерно 30000.

Интересный факт: мохнатый "зодчий" может продолжить работу любого этапа, а свою первую сеть паучок плетёт уже через две недели после выхода из кокона. И она всегда имела характерное для вида строение.

Поведенческие схемы

Проследив за движениями пауков в процессе создания паутины, исследователи обнаружили, что пауки демонстрировали общий набор движений для создания своей паутины. Конечные паутины не всегда имели одинаковую форму, и не все пауки следовали одной и той же последовательности при плетении своих сетей.

Но в целом пауки, по-видимому, следовали одному и тому же набору правил для плетения паутины, используя в первую очередь своё осязание. Более того, исследователи обнаружили, что определенные последовательности поведения, такие как специфические движения лапок, позволяют предсказать, на какой стадии процесса создания паутины находится паук.

Известно, что нейроактивные химические вещества, такие как кофеин и метамфетамин, изменяют определенные части геометрии сети, оставляя другие нетронутыми. Эти препараты изменяют нейромодуляторные пути в головном мозге, что указывает на то, что эти пути могут участвовать в создании сети в разной степени в зависимости от стадии создания сети.

Тот факт, что мозг паука обладает сложными поведенческими схемами, говорит о том, что нам предстоит гораздо больше узнать о том, как кодируется поведение других животных.

И хотя она нам кажется эфемерной, в масштабах человеческого мира сеть из паутины могла бы остановить вертолёт. Паутина - самое прочное натуральное волокно.