Особливості будови і біології павуків

Захисні пристосування павуків різні й нерідко досить досконалі. Крім отрутного апарата, швидкого бігу, схованого способу життя, багато павуків мають захисне фарбування і мімікрію, а також рефлекторні захисні реакції. Для багатьох бродячих форм характерна поза погрози - головогруди і відстовбурчені ноги піднімаються назустріч ворогу [3].

Рис.9 Колесоподібна павутина павука-хрестовика (показана половина) [3]:

1 - рама;

2 - радіуси;

3 - центральне сплетення;

4 - залишки допоміжної спіральної нитки;

5 - липка спіральна нитка;

Захисне фарбування властиве багатьом павукам. Форми, що живуть на листі й траві, нерідко пофарбовані в зелений колір, а, що живуть серед рослин в умовах тіні, що чергуються світла й, - плямисті; павуки, що живуть на стовбурах дерев, часто по кольору й малюнку не відрізняються від кори й т.п. Колір деяких павуків міняється залежно від кольору тла. Приклади такого роду добре відомі в павуків-бокоходів родини Tlіomіsіdae, що живуть па квітах, що й міняють фарбування залежно від кольору віночка: від білої до жовтої або зеленуватої й назад, що відбувається звичайно протягом декількох днів [14].

Досліди з осліпленими павуками показали, що зір не відіграє ролі в зміні кольору. Деякі сильно видовжені павуки, що сидять на своїй павутині нерухомо з витягнутими уздовж тіла ногами, дуже схожі на гілочку, що потрапила в павутину. Чудовий приклад павуки-бокоходи роду Phrynarachne. Вони плетуть па поверхні листя павутинний покрив, у середині якого містяться самі, створюючи повне враження екскрементів птаха. Припускають, що криптизм у цьому випадку має значення не стільки захисту, скільки залучення здобичі, тому що павук видає навіть запах пташиних екскрементів, що приваблює деяких мух. Павук виду P. dіcіpіens лягає при цьому на спину, утримуючись за павутинний покрив передніми ногами, а інші піджавши до грудей у позі, дуже зручної для схоплювання мухи, що підлітає [15].

Павуки - одні з найпоширеніших тварин. Найбільш багаті павуками області з рясним рослинним покривом, але зустрічаються вони у всіх ландшафтних і кліматичних зонах, від полярних областей і високих гір до сухих степів і розпечених пустель. Павуки знайдені в Гренландії біля льодовиків і на антарктичних островах, багато видів живуть у горах на висоті 2000-3000 м, а один вид скакунів знайдений на Евересті (Джомолунгмі) навіть на висоті 7000 м [3].

Рис.10 Варіанти колесоподібної павутини павуків [3]:

1 - горизонтальна павутина;

2 - павутина, підтягнута павуком у вигляді купола;

3 - ловчий сектор Hyptіotes, нижче - павук, що натягає нитку;

4 - Mastophora cornіgera, що ловить здобич;

5 - павутина Меneus camelus.

Місця проживання павуків надзвичайно різноманітні. Вони живуть у ґрунті й на його поверхні, у лісовій підстилці, у мохах, на трав'янистій і деревній рослинності, під корою, у дуплах, під каменями, у тріщинах скель, у печерах, у норах і гніздах інших тварин, у житлі людини. Тільки водне середовище майже не освоєне павуками. Єдиний приклад - прісноводний павук Argyroneta, який проникнув у воду завдяки павутині, дихає атмосферним повітрям і не виробив особливих морфологічних пристосувань до життя у воді. Правда, павуків, що живуть у дуже сирих місцях, біля води, що вільно бігають по її поверхні, чимало. Деякі види живуть на літоралі морських узбереж, ховаються під час припливу у своїх лігвищах з непромокальної павутини, а при відливі полюють за дрібними рачками й іншими безхребетними [13].

4. Павутина

Павутинний апарат утворювався в павуків, якщо можна так виразитися, у щасливому пункті - на нижній стороні черевця. У черевці найшлося досить місця для розвитку об'ємистих павутинних залоз, що забезпечили достаток павутини. Функцію виведення секрету залоз назовні взяли на себе черевні кінцівки, які перетворилися в павутинні бородавки й зберегли рухливість, що дуже важливо при користуванні павутиною. Дуже рухливим стало й черевце, яке у всіх павуків з'єднується з головогрудьми тонкою стеблинкою -, що звузилася передстатевим сегментом. Таким чином, цілий відділ тіла - черевце - перетворився в рухливу павутинну "фабрику". Добре розвинені, розчленовані й досить рухливі кінцівки головогрудей, властиві павукам, як і всім арахнідам, виявилися досить зручними для прядіння всіляких павутинних пристосувань. Додалися лише деякі деталі: гребінчасті кігтики, ряди щетинок для розчісування павутини й т.п. Важлива особливість, що доповнює життєвий вигляд павука, - це отрутні залози, що відкриваються на кігтеподібних кінцевих члениках хеліцер. Отруйний апарат, як засіб нападу й захисту, виник у павуків ще до того, як вони стали влаштовувати ловчі пристосування, у бродячих форм, але найбільшого розвитку отрутні залози досягають у тенетних павуків. Важко представити більш досконалий спосіб убивання здобичі, що потрапила у тенета. Помітимо, що павутиною користуються й деякі інші арахніди - ложноскорпіони, павутинні кліщі. Але в них павутинні залози розташовані інакше, наприклад у хеліцерах, і по одному цьому не могли одержати такого розвитку, як у павуків. По достатку секрету з павуками можуть зрівнятися тільки гусениці метеликів з їхнім шовком, до речі, близьким до павутини по хімічному складу. Однак метелики мають повне перетворення, шовкові залози не переходять від гусениць до дорослих метеликів, і застосування шовку обмежується плетивом кокона. У павуків же, що розбудовуються без метаморфоза, павутинні залози зберігаються на всіх активних стадіях. Павутина використовується протягом усього життя, аж до розмноження й турботи про потомство [2, 3].

Відносно примітивні форми павутинних залоз властиві лифистио - і мигаломорфним павукам, у яких є пучки дрібних овальних залозок, але вже тут число їх може досягати декількох сотень. Аранеоморфні павуки мають павутинні залози декількох типів, що роблять павутину різних сортів. Найбільш складний павутинний апарат у павуків-хрестовиків (род. Araneіdae), у яких розрізняють до шести типів павутинних залоз, причому на павутинних бородавках у цілому є більш 500 трубочок і близько 20 павутинних конусів. Павутина, виділяється залозами різних типів, використовується для різних цілей. Так, хрестовик для побудови ловчої сітки вживає секрет усіх своїх залоз, крім так званих трубкоподібних, павутина яких іде на яйцеві кокони. Павутинна рама і радіуси, що натягаються усередині, робляться з порівняно товстих сухих ниток, які виділяються ампуловидними залозами. При цьому кілька залозок діє одночасно й окремі тонкі нитки з'єднуються рідким секретом у більш товстий "кабель". Так звані грушоподібні залози виділяють пучки тонких волокон, якими кінці основних ниток прикріплюються до навколишніх предметів. Спіральна нитка робиться з павутини долькоподібних залоз і покривається липким секретом деревоподібних залоз, який не застигає на повітрі й незабаром збирається в мікроскопічні крапельки. Завдяки цьому ловчі тенета більш-менш довгостроково залишаються липкими. Особливо довго зберігають клейкість тенета павуків групи Crіbellatae. На ситоподібній крибелярній пластинці відкриваються протоки безлічі (до 600) особливих павутинних залозок. Павутина, яка виділяється, енергійно розчісується задніми ногами, на передостанньому членику яких у крибелятних павуків для цього є ряди міцних щетинок (так званий каламиструм). Виходить особливого роду "пряжа"; осьові нитки оточуються слизуватою муфтою, усередині якої є нитка, вигнута численними петлями. З такої слизуватої павутини крибелятні павуки будують ловчі мережі різної форми, дуже липкі, що й довго зберігаються [3].

Рис.11 Прядильний апарат павука-хрестовика [10]:

1 - павутинні бородавки

2 - окрема павутинна трубочка;

3 - кінець лапки із двома гребінчастими кігтиками, додатковим кігтиком і зазубреними щетинками.

Рис.12 Павутинні нитки павуків (при великому збільшенні мікроскопа) [3]:

1 - ловчі нитки павука із крапельками клейкої речовини;

2 - крибелярна нитка.

Павутина по хімічному складу близька до шовку шовкопрядів, від якого відрізняється малим змістом речовини, що склеює, - серицина, розчинного у воді. Основу павутинного шовку становить протеїд фіброін, утворений складним комплексом альбумінів, аланіну й глютамінової кислоти. По фізичних властивостях павутина також близька до гусеничного шовку, але набагато еластичніша й міцніша. Навантаження розриву для павутини становить від 40 до 261 кг на 1мм² перетини нитки (у деяких Araneus), у той час як для гусеничного шовку - тільки 33-43 кг на 1мм² [1].

Спроби виготовлення тканини з павутини робилися з давніх часів. Виняткова по міцності, легкості й красі тканина з павутини відома в Китаї за назвою "тканини східного моря". Полінезійці вживали павутину великих тенетних павуків як нитки для шиття й плетива рибальського знаряддя. На початку XVІІІ ст. у Франції з павутини хрестовиків були виготовлені рукавички й панчохи, представлені в Академію наук, що й викликали загальне замилування. Відомо, що нитку можна вимотувати на котушку прямо з павутинних бородавок хрестовика, укладеного в маленьку клітинку, причому від одного павука виходить відразу до 500 м нитки. В 1899 г. з павутини великого мадагаскарського павука Nephіla намагалися одержати тканину для покриття дирижабля й удалося виготовити зразок розкішної тканини довжиною 5 м. Однак спроби акліматизувати цих павуків у Франції скінчилися невдачею. Виробництво павутинного шовку незмінно зустрічається із труднощами масового розведення павуків, насамперед прогодування цих хижаків. Можливо, що розробка штучних живильниць дозволить розв'язати цю проблему, тим більше що штучне харчування гусениць шовкопрядів уже практикується і Японії. Поки павутина знаходить застосування в оптику для виготовлення візирів (перехресних ниток) в окулярах різних приладів. Деякі сорти павутини мало чутливі до змін гігротермічного режиму, наприклад, провисанню при підвищеній вологості [12].

Німецькі вчені змогли перетворити й без того міцну павутину в справжню супернитку, що у багато разів міцніша, і при цьому чудово розтягується. Вчені розмочили павукову нитку та ввели в неї атоми металів, які "склеїли" окремі білки павутини [15].

Супернитка товщиною в 1мм зможе витримати вже з півтонни, вона розтягується в півтора-два рази та має майже ту ж щільність. Технологія такої обробки описана в статті, опублікованій в останньому номері Science [17].

Вчені спробували отримати чергове підтвердження гіпотезі, що свою силу особливо міцні біологічні матеріали - зубна емаль, клішні, елементи скелету, жала деяких організмів - черпають із порівняно невеликих неорганічних включень у білковій матриці. Замість того, щоб будувати нескінченні графіки кореляції параметрів міцності з кількістю металу в білку, Лі Син Мо і його колеги вирішили прямо порівняти, як буде відрізнятися павукова нитка, у якій мало металу, від павукової нитки, у якій його багато [13].

Павутинку вчені добули за допомогою павука роду Araneus, намотуючи її на мідну скріпку. Аранеуси - близькі родичі знайомого нам усім павука-хрестовика, у їхнє число входить і він сам. Який вид аранеусів використовувався, не уточнюється, але оскільки спіймали його фізики прямо у дворі свого інституту в Галлі, в центрі Європи, навряд чи це був екзотичний екземпляр [17].

Отримані від павука нитки експериментатори помістили у вакуумну камеру. Тут їх висушили та піддали багаторазовим циклам осадження на поверхню павутинок металевих сполук, що перемежовувалися витримуванням у парах води [12].

Спочатку як така сполука використовувався диетилцинк Zn(C2H5)2, оскільки цинк гарантовано працює "підсилювачем міцності" хоча б в одного виду - він відповідає за надзвичайну міцність зубів багатощетинкових хробаків нереїд, які легко гризуть коралові скелети. Потім до цинку додали алюміній у формі триметилалюмінію Al(CH3)3 і відомий своєю міцністю титан (IV) у формі Ti(OCH(CH3)2)4 [17].

Після кількох сотень таких циклів (кожен тривалістю 1-2 хвилини) на поверхні павутинки залишалася тонка плівка оксиду - цинку, алюмінію або титану відповідно. І механічні показники - що вихідний модуль Юнга, що межа міцності, - різко збільшувалися. Краще всіх себе показав титан, і в цілому, чим більше циклів метал/вода було, тим краще був результат [17].

Можна було б подумати, звичайно, що зайву силу павутині дало зовнішнє покриття, однак це не так. За покращання міцності та еластичності відповідають атоми металу, що проникли в білкову структуру самої павутини [12].

Саме по собі оксидне покриття великого виграшу не давало (наприклад, воно не розтягується навіть на 1%), та й від товщини його шару механічні характеристики залежали слабо. А ось зафіксувати сліди титану всередині самої нитки вченим вдалося за допомогою спектрометрії та електронного мікроскопу [13].

Як виявилося, важливим був і сам процес введення металу в білок - навіть повноцінне вимочування ниток протягом 10 годин у диетилцинку і йому подібним не давало результату, хоч трохи порівнянного з багаторазовими циклами осадження металу й води [14].

Лі Син Мо і його колеги думають, що атоми металів допомагають "склеювати" окремі білкові молекули, з яких складається павукова нитка. У натуральній павутині цю роботу виконують слабкі водневі зв'язки між атомами на кінцях паралельних одна одній молекул; саме велика кількість таких взаємозамінних зв'язків і дає павутині її силу [16].

В "металізованій" павутині замість слабких водневих встановлюються сильні ковалентні зв'язки, думають німецькі вчені, що й надає додаткову міцність [12].

Роль водяної пари в цьому процесі - "розмочити" білкові структури, щоб атоми металу могли проникнути усередину. Як визнають вчені, міркування про ковалентні зв'язки - лише гіпотеза, для перевірки якої буде потрібно ще чимало експериментів [11].

ВИСНОВКИ

1. Підклас Павуки (лат. Araneae Clerck, 1757) -- це членистоногі тварини приналежні до класу Павукоподібних, підтипу Хеліцерові. Відомо близько 41000 видів, розповсюджених по всій Землі за винятком Антарктиди, океанів та морів. В Україні відомо більше 150 видів.

2. Павуки є облігатними хижаками, які живляться різноманітною тваринною їжею.

3. Розміри павуків коливаються від 0,8мм до 15см.

4. Вирішальне значення в еволюції павуків відіграла павутина (тенета). Вона є притулком, пасткою, місцем спаровування, механізмом поширення. Нитка павутини утворюється на повітрі із секрету павутинних залоз.

5. Павуки живляться лише рідкою їжею, тому для полювання вони використовують отруту, яка паралізує нервову систему комах. Вбивши жертву, павук вводить їй всередину краплину слини. Вона містить травні ферменти, які перетравлюють комаху, після чого павук висмоктує схожу на суп речовину.

6. На кінці черевця павука розміщені павутинні бородавки. Речовина, що виходить з них, на повітрі перетворюється в нитки незвичайної міцності. Міцність павутини на розрив - до 260 кг на квадратний міліметр. Павутинна нитка - це справжнє технологічне чудо. В ній сплетені кілька твердих та еластичних ниточок.

7. За звичай, самець менший за самку, і часто після спаровування поїдається нею. Запліднення внутрішнє. Яйця відкладаються у кокон, зроблений з павутини. Багато видів піклуються про потомство -- охороняють кокон, доглядають за павуками, що вийшли із яєць. Розселення молоді у низки видів відбувається за допомогою павутини, які підхоплюються вітром і переносяться на значні відстані.

8. Голова і груди павука об'єднані у спільну тагму -- головогруди, яка сполучається із черевцем за допомогою стебельця. Черевце не поділене на сегменти. До головогрудей, з нижньої сторони, кріпиться 4 пари ходильних ніг, а біля ротового апарату ще дві пари кінцівок -- хеліцери та педипальпи. На верхній передній частині головогрудей наявні вісім простих очей. На нижній поверхні кінчика черевця знаходиться шість павутинних залоз, розташованих у порожнині черевця, які продукують білковий секрет, що при контакті з повітрям полімеризується, утворюючи шовкову нитку -- павутину.

9. Мозок розташований в головогруди, а серце в передній верхній стороні живота. Серце у павука б'ється з частотою від 30 до 70 ударів за хвилину. Коли павук - напружений чи виснажений биття може частішати до 200 ударів за хвилину. Травний тракт проходить через все тіло. На кінці його є видільна система.

10. Дихають павуки легенями (чотири легеневі павуки); легенями і трахеями (дволегеневі); а також лише трахеями (деякі тропічні види).

11. У павука є три пари прядильних органів. Але є павуки тільки з однією парою або навіть чотирма парами прядильних органів. У кожного прядильного органа своя власна функція. У прядильних органах є маленькі трубки, які пов'язані із залозами. Число трубок варіює від 2 до 50 тисяч.

12. Шовк, утворений білком, не розкладається грибками й бактеріями, подібно до інших білків. У шовку павука є три речовини, які сприяють його довговічності: піролідин, гідрофосфат калію і нітрат калію.

13. Після нічного полювання мережа зношується. Павук з'їдає вранці шовк залишаючи тільки першу нитку. Увечері, після денного відпочинку, павук будує нову мережу. Якщо улов був маленький, і мережа пошкоджена не сильно, то мережа може залишатися протягом декількох днів і використовуватися багато разів, після незначного ремонту.

Список використаних джерел

1. Акумушкин И. Насекомые. Пауки. Домашние животные. - М.: Мысль, 1990. С. 171-269

2. Догель В.А. Зоология беспозвоночных. - М.: Высшая школа, 1981.

3. Зенкевич Л.А. Гиляров М.С., Банников А.Г., Гладков Н.А., Кузякин А.П., Михеев А.В., Наумов С.П., Правдин Ф.Н., Расс Т.С. Жизнь животных. Беспозвоночные. - М.: Просвещение, 1969. Т-3. С. 56-88

4. Іванов А.В. Павуки, їх будова, спосіб життя і значення для людини. Л.: Изд-во ЛДУ, 1965. 304 с.

5. Ковбалюк М.М., Кукушкін О.В., Гнелиця В.А., Надольний А.О. Краткий атлас павуків (Arachnida, Aranei) Карадазького природного заповідника. - Сімферополь: Н.Оріанда, 2008. 120с.

6. Ланге А.Б. Загін павуки (Arahnei)// Життя тварин. 2-е изд. М.: Просвещение, 1984. Т- 3. С. 44-70.

7. Стерри П. Пауки Мир животных. - Минск, 1996-72с

8. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных. - М.: Владис, 1999. С. 391-398

9. Щербак Г.Й., Царичкова Д.Б., Вервес Ю.Г. Зоологія безхребетних. - К.: -Либідь, 1996. - Кн. 2. - С. 291-298.

10. http://commons.wiki.bks-tv.ru/wiki/Araneus_diadematus

11. http://infonova.org.ua/science/vcheni-vyhotovyly-tytanovu-pavutynu-u-5-raziv-mitsnishu-za-naturalnu.html

12. http://jivotnie.org.ua/archives/256

13. http://www.naturalist.if.ua/?p=27

14. http://www.naturalist.if.ua/?p=68

15. http://www.spidersilk.ru/

16. http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/151/

Размещено на Allbest.ru