Новости химической науки > Как паутина впитывает воду?

Результаты нового исследования, проведенного китайскими химиками, позволяют предположить, что паутина может менять свое строение при увлажнении, повышая свою способность поглощать воду из воздуха.

Информация, полученная при изучении паутины естественного происхождения, позволила исследователям создать искусственный шелк, который также поглощает воду, как «шелк», вырабатываемый пауками.

Микрофотография капель воды, оседающих на паутине во влажном воздухе (сверху); связанная веретенообразными узелками нить искусственного шелка (снизу). (Рисунок из Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08729)

Способность паутины удерживать на себе капли воды, масса которых во много раз превышает массу самой паутины, находит отражение во многих картинах или художественных фотографиях, на которых изображена ловчая сеть паука после дождя или утром со следами росы. Однако исследователей интересует не столько красота вида капель воды, подвешенных на паутине, сколь причиной высокой прочности паутины и ее способности сорбировать воду.

Лей Янг (Lei Jiang) из Академии наук Китая считает, что находится близко к разгадке уникальных свойств паутины. Работа в его исследовательской группе началась с тщательного изучения изображения «гидратированной» паутины с помощью сканирующей электронной микроскопии.

Результаты исследования позволяют предположить, что строение паутины меняется при контакте с парами воды. Неплотные гидрофильные узелки шелка, расположенные вдоль сухой нити, начинают сжиматься при конденсации воды. Капли воды, попадающие между узелками, смещаются по паутине в направлении гидрофильных узлов.

Расчеты, проведенные Янгом, демонстрируют, что перемещение капель воды по направлению к гидрофильным узелкам направляется двумя факторами. Первый фактор – это различие энергии поверхностного натяжения в районе грубых узелков паутины и в районе гладких поверхностей между ними, а второй – различие в давлении, действующем на противоположные стороны капли, перемещающиеся по паутине по направлению к гидрофильной области.

Фриц Воллрат (Fritz Vollrath), специалист по строению паутины из Оксфорда не согласен со всеми выводами китайских коллег. Он считает, что для выполнения своих биологических функций паутина должна быть сухой, а то явление, что изучали в группе Янга, представляет собой артефакт, хотя и интересный, но лишенный биологической роли.

Брент Опелл (Brent Opell), специалист по паукам из Технологического Университета Виргинии также весьма осторожен, оценивая выводы, формулируемые исследователями из группы Янга, отмечая, однако, что китайскими химиками получены интересные и достоверные экспериментальные результаты. Он утверждает, что мнение о том, что паутина приобрела свойства удерживать влагу вследствие эволюции не поддержано большинством арахнологов, но исследование выполнено на высоком экспериментальном и теоретическом уровне.

Несмотря на критику своих интерпретаций, Янг полагает, что разработанные им на основе наблюдений за паутиной искусственные волокна, полученные с помощью осаждения на нейлоновые волокна раствора полиметилметакрилата в смеси N,N-диметилформамид/этанол, могут найти применение. Эти нити высыхают с образованием небольшого размера узелков, напоминающих узелки паутины, и Янг предполагает, что такие нити можно применять для улавливания воды из воздуха в местности, где атмосферные осадки выпадают редко.

Источник: Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature08729

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #молекулярная биология, #физическая химия, #химия поверхности, #химия полимеров