Пауки взломали законы физики и создали невозможное — материал, который одновременно резина и сталь

Международная группа учёных разобралась, за счёт чего паучья паутина может одновременно быть и невероятно прочной, и удивительно эластичной. Исследование провели специалисты из Университета Грайфсвальда, Университета Бонна и Музея естественных наук в Буэнос-Айресе. В ходе анализа материалов и поведения пауков они выяснили, что пауки-метальщики сетей управляют структурой шёлка на микроскопическом уровне, добиваясь сочетания гибкости и прочности в одном материале.

В промышленности развитие искусственных нитей десятилетиями шло по одному и тому же сценарию: материал либо получается прочным, либо эластичным. Совместить оба свойства одновременно считалось почти недостижимой задачей. И вот теперь команда исследователей под руководством Йонаса Вольфа из Университета Грайфсвальда обнаружила, что природа уже давно решила эту проблему.

Особый интерес для учёных представляют пауки из семейства Deinopidae, обитающие в тропических и субтропических регионах. В отличие от большинства видов, они не строят классические ловчие сети. Эти пауки удерживают между передними лапами липкую сетку и буквально выстреливают ею в добычу с высокой скоростью. Такой способ охоты требует от паутины одновременно высокой растяжимости и способности выдерживать резкую нагрузку.

Чтобы понять, как это работает, биологи использовали высокоскоростную съёмку и электронную микроскопию высокого разрешения. Они анализировали как сам момент броска сети, так и внутреннее строение нитей. В результате была выявлена ранее неизвестная структурная схема. Основные нити в ловчей сетке изначально эластичны, но паук с помощью паутинных бородавок, расположенных на брюшке, добавляет к ним волнистые и закрученные волокна. Такая комбинация меняет не только внешний вид паутины, но и её физические свойства.

Извитые нити оказываются жёстче растяжимых. В спокойном состоянии сеть остаётся мягкой и гибкой, что позволяет ей быстро развернуться при броске. Однако при растяжении эти завитки распрямляются и начинают работать как усиливающий каркас, резко повышая прочность всей конструкции. В результате материал сначала ведёт себя как эластичный, а затем приобретает жёсткость и устойчивость к разрыву.

Контраст особенно заметен при сравнении с другими типами паучьего шёлка. Например, внешние опорные нити обычной паутины имеют прямую структуру и изначально отличаются жёсткостью и стабильностью. Ловчая же сеть пауков-метальщиков напоминает по строению шерстяную пряжу с множеством изгибов и петель, что делает её подвижной и гибкой в исходном состоянии.

Испытания подтвердили эти наблюдения на практике. Извитая ловчая паутина выдерживала растяжение до 150% без разрушения, тогда как прямолинейные опорные нити разрывались уже примерно при 20% удлинения. Такая разница наглядно показывает, как микроструктура влияет на поведение материала под нагрузкой.

Принцип, который используют пауки, может лечь в основу создания синтетических волокон нового типа, способных быть одновременно гибкими и прочными без необходимости жертвовать одним свойством ради другого. Речь идёт не о копировании паучьего шёлка как такового, а о воспроизведении самой логики структуры, где сочетание разных типов волокон создаёт нужный баланс характеристик.