Как пауки летают на электричестве и поднимают грузы в разы тяжелее себя

Арахнофобия у многих в подкорке, классический такой, въедливый страх. При виде паука рука сама тянется к тапку. Или к спичкам. Но если пересилить себя и присмотреться, открывается целая коллекция инженерных трюков, до которых людям ещё додумываться и додумываться.
🕷 Прыжки 🕷

Спрашивается, а почему бы не обзавестись мышцами-разгибателями? Они есть и у нас, и у большинства насекомых. Тараканы вон прекрасно носятся, используя и сгибатели, и разгибатели. Но паукам вся эта накачка лап гемолимфой нужна именно ради прыжка. В момент отталкивания работает всё сразу, и мышцы, и гидравлика, а у разных видов вклад того и другого отличается.

Паук-скакунчик, к примеру, на старте разгоняется с силой, которая впятеро превышает его собственный вес. С места, без разбега, он сигает на расстояние в шесть раз больше длины своего тела. Человеку такое и не снилось, у нас максимум полторы длины тела (EurekAlert / University of Manchester; Nature Scientific Reports). А отдельные рекордсмены вроде ✨Colonus puerperus✨ умудряются прыгнуть на 38 длин тела за один раз.

🕷 Полёт 🕷

Ладно прыжки, но сейчас будет новость, от которой арахнофобам станет совсем нехорошо. Некоторые пауки умеют летать, причём своим собственным способом. Называется это баллонирование. Маленький паучок забирается повыше, задирает брюшко, выпускает нить и уносится прочь. Долгие годы считалось, что всё дело в ветре. А потом учёные из Бристоля посадили пауков в закрытую камеру, где не было ни малейшего сквозняка, включили обычное электрическое поле, и пауки взлетели.

Выяснилось, что они ощущают электрическое поле Земли (то самое, которое постоянно висит между поверхностью и атмосферой, около 100 вольт на метр даже в ясный день) особыми волосками на лапах. Нить заряжается, и паук отталкивается от земли кулоновской силой. Пауки оказались второй после шмелей группой членистоногих, у которой нашли умение улавливать электрическое поле атмосферы и пользоваться им для перемещения (Phys.org; PBS NewsHour).

🕷 Паутина 🕷

Паутина это вообще отдельная история, тянущая на большую обзорную статью, но обойти её стороной в разговоре о пауках просто невозможно. Многие в курсе, что на нитях повсюду разбросаны клейкие капельки, которые должны удержать добычу, угодившую в сети.

Всё дело в том, что нить паутины работает как многоступенчатый амортизатор. В момент удара она сначала резко смягчается, неупорядоченные участки шёлкового белка разворачиваются, словно смятые пружинки, и гасят кинетическую энергию налетевшей жертвы, вместо того чтобы отбросить её назад. А когда белковые цепи растянуты почти до предела, в дело вступают жёсткие нанокристаллы внутри волокна. Они сцепляются друг с другом и резко повышают жёсткость нити, не давая ей лопнуть от одного мощного удара (MIT News). И это не просто способ сделать нить крепче, это способ защитить всю сеть. Гасящая удар нить жертвует собой и рвётся первой, локализуя повреждение в одной точке, а остальная паутина остаётся целой (PNAS). В итоге пауку остаётся залатать одну порванную нить, а не отстраивать всю ловушку заново.

И, пожалуй, самое неожиданное. Некоторые пауки-тенётники, среди них крайне ядовитые чёрные вдовы, поднимают добычу в разы тяжелее себя.

Паук крепит несколько отдельных, заранее натянутых, как тугая резинка, нитей от добычи к точкам крепления наверху. Каждая нить тянет груз сама по себе, и суммарная тяга складывается из натяжения сразу нескольких нитей. Так что паук не дёргает тяжесть одной мышцей, а постепенно наращивает подъёмную силу, добавляя нить за нитью, пока общее натяжение не перевесит вес жертвы.

Тот же выигрыш в силе, что даёт классический полиспаст (система из нескольких блоков (шкивов) и одной проходящей через них веревки или троса, которая позволяет легко поднимать тяжёлый груз), только вместо блоков тут точки крепления шёлка, а вместо одной верёвки несколько независимых упругих нитей. (Университет Тренто). А паук-триангулятор натягивает нить кольцами, совсем как взводят арбалет, а потом резко отпускает, и накопленная упругая энергия захлёстывает добычу раньше, чем та успевает понять, что вообще произошло (PubMed).

Так что в следующий раз, когда будете сносить паутину в углу, вспомните, что сносите не просто "домик для мухожоров", а произведение гидравлики, электростатики, акустики и материаловедения. Эволюция шлифовала его добрых 300 с лишним миллионов лет, а мы только учимся создавать подобные механизмы и материалы.