Ученые обнаружили, что свойства клея пауков-кругопрядов развиваются быстрее, чем их гены клея

Пауки, которые не ткут хороший шелк, не едят. Шелковые пауки производят для создания своей сети, что является ключом к их выживанию, но пауки живут во многих разных местах, которые требуют тонкой настройки паутины для локального успеха. В настоящее время ученые изучили клей, который делает паутину пауков-кругопрядов липкой, чтобы понять, как свойства этого материала меняются в различных условиях.

«Обнаружение липких белковых компонентов биологических клеев открывает двери для определения того, как изменяются свойства материалов», — сказала доктор Надя Аюб из Университета Вашингтона и Ли, соавтор исследования, опубликованного в Границы экологии и эволюции. «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».

«Паучьи шелка и клеи обладают огромным биомиметическим потенциалом», — добавил доктор Брент Опелл из Технологического института Вирджинии, соавтор. «Пауки производят клеи с впечатляющими свойствами, которые могут найти применение в промышленности, медицине и не только».

Запутался в паутине

Каждая нить паутины кругового ткача способствует захвату пищи. Паутина имеет жесткую структуру, которая поглощает удары добычи, которая затем захватывается липкими линиями до тех пор, пока паук не сможет схватить ее. Эти линии 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, Аюб и ее коллеги сосредоточились на двух видах: Argiope argentata, обитающем в засушливой среде; и Argiope trifasciata, обитающая 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 дикими контрольными животными, чтобы убедиться, что влажность в лаборатории не влияет на свойства капель. . Затем они проанализировали белки в клее и свойства материала капель.

Сложная ситуация

Команда обнаружила, 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», — сказал Опелль. «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», — предупредил Аюб. «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».