Tätä tarinaa on kerrottu tuhansissa Marvel-sarjakuvissa, satoissa sarjakuvasarjoissa ja useissa lipputuoteissa Hämähäkkimiehestä ja hänen hyväksikäytöistään. Ainoastaan sankarista koostuvia pelejä luotiin vähintään viisikymmentä, ja viimeksi Sonyn julkaiseman Insomniac Games -studion "Spider-Man" -pelin ensi-ilta, joka näyttää katsojille sekä Spider-Manin että Peter Parkerin itsensä elämän.
Marvel Universe perustuu fantasiaesitykseen. Fantaasimaailmassa fysiikkalakejamme eivät välttämättä sovellu, joten Hämähäkkimiehen kyvyt eivät vaadi tieteellistä näyttöä, vaikka ne perustuvat tieteeseen ja ovat liioiteltu versio todellisista tieteellisistä tosiasioista. Tarinan mukaan Peter Parker hankki voimansa säteilytetyn hämähäkin myrkkyjen kautta. He antoivat hänelle ylimääräisen ketteryyden ja nopeuden, reaktion ja voiman, ja johtivat ajan mittaan vielä vaikuttavampien kykyjen, mukaan lukien yökuva ja upea tuoksu, kehittymiseen.
Polymeerien lujuus
Hämähäkkimiehen tärkein etu, epäilemättä, oli kyky vapauttaa tarttuvien ja uskomattoman kestävien hämähäkkiverkkojen langat. Jos jätämme huomioimatta ilmanvastusta ja pidämme”laukausta” tiukasti pystysuorana, voimme arvioida hämähäkin lankojen nopeuden: v = (2gh), eli v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, tai noin 160 km / h. Ja vaikka tämä on jopa pienempi kuin luodin tai ainakin äänen nopeus, tätä varten tarvittava energia ei voi jättää vaikuttamatta. On vaikea kuvitella, kuinka keho voisi saada sen ilman ylimääräistä keinotekoista lähdettä.
Mutta Hämähäkkimiehen lankojen vahvuus on melko "tieteellistä": hämähäkin verkko on yksi planeetan vahvimmista polymeereistä. Sen vetolujuus on noin 1000 MPa ja Araneus diadematus -hämähäkkien runkolangalla se saavuttaa 2700 MPa. Tällainen indikaattori ei ylitä parhaiden korkeahiiliteräksen laatujen voimavaroja. Siksi jo 3 mm: n Spider-Man-kaapeli (lujuutensa ollessa 1000 MPa) kestää yli 7000 N: n kuorman ja selviytyä kuormasta, joka painaa jopa 720 kg - tai normaalin ihmisen painolle jopa voimakkaalla kiihtyvyydellä laskussa.
Hämähäkkiradan erittelevät erikoistuneet rauhaset vatsan takaosaan, ja samalla eläimellä voi olla monentyyppisiä rauhasia, jotka luovat rainan, jolla on erilaiset ominaisuudet. Mutta joka tapauksessa kemiallisen koostumuksen suhteen tämä on erityinen proteiini, joka on hyvin lähellä silkkiproteiinia. Sen ketjut ovat runsaasti glysiiniä (pienin aminohapoista, se tarjoaa joustavuutta polymeerin juosteille) ja seriiniä (elävien organismien ainoa aminohappo, joka sisältää rikkiä, joka pystyy muodostamaan ylimääräisiä sidoksia, jotka vahvistavat proteiinin muotoa). Ja proteiinin yksittäiset leikkeet sisältävät poikkeuksellisen suuria määriä kolmatta aminohappoa, alaniinia.
Mainosvideo:
Vaikuttaa siltä, miksi tarvitsemme kaikkia näitä yksityiskohtia? Kuitenkin juuri he luovat hämähäkkiverkkoproteiinien-spidroiinien erityisen mikrorakenteen: alaniinialueet muodostavat tiheästi pakattuja kiteisiä alueita ja glysiinialueet - amorfiset, elastiset sidokset niiden välillä. Kuivattuna ilmassa, koko rakenne kovettuu ja muodostaa langan, josta hämähäkki kutoo rainansa osia. Tämä prosessi on vaikea, mutta silti rainan synteesi on vielä vaikeampaa. Hämähäkit käyttävät niin paljon resursseja spidroiinien tuotantoon, että syövät usein itse vanhoja ja vaurioituneita lankoja uudelleen niiden käyttämiseksi.
Alien web
Yritykset "kesyttää" verkko ja saada se laboratoriossa, ja sitten teollisessa mittakaavassa, eivät ole pysähtyneet vuosikymmenien ajan. Tänä aikana oli mahdollista tunnistaa ja eristää spidroiinigeeni hämähäkkeistä ja siirtää se muihin organismeihin, joten nykyään on mahdollista erottaa proteiinipolymeeri paitsi erityisesti kasvatetuista silkkiäistoista tai hämähäkkeistä, myös E. coli -bakteereista, tupakan ja perunoiden geneettisesti muunnetusta kasvista ja jopa … vuohenmaito on eläimiä, jotka kantavat hämähäkkiproteiinigeeniä. Tämän alan tärkein tekninen ongelma on itse asiassa lankojen kutominen tästä arvokkaasta resurssista.
Hämähäkit käyttävät erittäin monimutkaista hämähäkkirauhasten järjestelmää: toisin kuin sama maito, kynsistä ja hiuksista, tämä materiaali tarvitsee herkän, tasaisen korujen synteesin. Spidroin on vapautettava ehdottomasti määritellyllä alhaisella nopeudella ja kiertyvä tiettynä hetkenä ollessa vaaditussa kovettumisvaiheessa. Siksi joidenkin hämähäkkien rauhaset ovat erittäin monimutkaisia, sisältäen useita erillisiä säiliöitä rainan peräkkäiselle "kypsyttämiselle" ja sen muodostumiselle. On vaikea edes kuvitella kuinka Spider-Man pystyisi kutomaan sen nopeudella 150 km / h. Mutta vain syntetisoida spidroin, tulevaisuuden ihminen on melko kykenevä.
Ei, pureilla ei siirretä mitään geenien tapaista, olipa kyse tavallisesta eläimestä tai jopa radioaktiivisesta hämähäkistä. Jopa itse "indusoima" säteily, joka voisi pysyä kovan säteilyn selvinneen hämähäkin puremassa, ei todennäköisesti pysty saavuttamaan meille vakavaa tasoa - ellei sen myrkky koostuisi puhtaasta plutoniumista. Ja "mutageeniset entsyymit" olisi tuskin antanut Peter Parkerille tarvittavia supervaltoja. Sikäli kuin tiedämme, sellaisia ihmisiä ei ole luonnossa: päinvastoin, kehomme taistelee jatkuvasti satunnaisia mutaatioita vastaan, ja kokonaiset proteiiniarmeijat ovat jatkuvasti kiireisiä "korjaamaan" vaurioitunutta DNA: ta. Näiden proteiinien työn tukahduttaminen lisää mutaatioiden tasoa - mutta tässä tapauksessa Peter Parker todennäköisesti kuolee vain yhdestä syöpään, joka on täynnä satunnaisia mutaatioita.
On epätodennäköistä, että pääset pitoon geeneistä, joita tarvitsemme spidroiiniproteiineille. Tätä varten tietyn DNA-fragmentin ei tarvitse vain päästä kehoon, vaan myös välttää immuunijärjestelmän hyökkäystä tunkeutuen samalla solukalvoon, sitten ydinkuoreen - ja lopuksi integroitua jonkin kromosomin aktiiviseen alueeseen. On vaikea kuvitella, että tämä tapahtui vahingossa - virukset ovat hiomaneet tätä yksinkertaista taitoa miljardeja vuosia ja lukemattomia sukupolvia. Siksi virukset voivat antaa toivoa, että joskus tiede muuttaa Parkerin vapaaehtoisesta jotain kuin oikeaa Hämähäkkimiestä.
Energia ja nanoteknologia
Itse asiassa vuonna 2010, kun saatiin vuohia, jotka tuottavat maitoa hämähäkkiverkkoproteiineilla, tutkijat käyttivät modifioituja viruksia siirtämään geenejä. Koska he eivät pysty vahingoittamaan solua, he säilyttivät kyvyn kiinnittyä siihen ja toimittaa spidroiinigeenin keinotekoisen analogin sisällä. Muuten, tällä tavalla saatu polymeeri kudottiin erittäin kestäväksi materiaaliksi, jota Nexia Biotechnologies mainosti BioSteel-tavaramerkillä, mutta tuotantoprosessia ei koskaan saatettu taloudellisesti perusteltuun hintaan ja mittakaavaan, joten yritys on tänään mennyt konkurssiin. Mutta olemme hajamielinen.
Spidroiinin synteesiä varten tarvittavat DNA-fragmentit vietiin vuohiin yksisoluisten alkioiden vaiheessa. Myöhemmin näitä geenejä löydettiin muodostuneen organismin kaikista tytärsoluista, vaikka tutkijat integroivat ne genomin siihen osaan, joka oli aktiivinen vain soluissa, jotka osallistuivat äidinmaidon synteesiin. Jos haluamme muuttaa Peter Parkerista Spider-Man, se on paljon vaikeampaa. Ensinnäkin kohdegeenin on oltava aikuisen organismin kromosomeissa, kerralla monissa muodostuneissa soluissa tietyillä ihon alueilla ja integroituna kaikkialle haluttuun alueeseen.
Teoriassa viimeisimmät tekniikat, jotka käyvät läpi nykyisiä tutkimus- ja laboratoriotestien eri vaiheita, voivat tämän mahdollistaa, ja lisäksi joitain ideoita, jotka ovat edelleen kaukana tulevaisuudessa. Erityisesti parannettu CRISPR / Cas-menetelmä lupaa geenien tarkan integroinnin kromosomien haluttuihin alueisiin. Se käyttää erityistä bakteeri-entsyymiryhmää ja RNA: ta DNA-juosteen leikkaamiseen tietyssä paikassa. Solujen omat entsyymit kiirehtivät korjaamaan tämä keinotekoinen vaurio ja käyttävät ensimmäistä mukana tulevaa "laastaria" - yleensä fragmenttia geenistä, joka ihmisille on tuotava käyttöön yhdessä Cas-proteiinien kanssa.
Retrovirukset voivat tarjota kuljetuksen koko molekyylisarjan kuljettamiseen, kuten vuohien kanssa on tehty. Ja nanoteknologia mahdollistaa viruspartikkelien kuorien varustamisen elementeillä, esimerkiksi reagoimalla magneettikentään, geenimodifikaation aktivoimiseksi tiukasti aikuisen Peter Parkerin tarpeellisissa soluissa. On vaikeampaa kuvitella, kuinka ihon soluista ja ilmeisesti hiki- ja talirauhasista olisi mahdollista saada araknoidiset rauhaset, jotka on järjestetty paljon monimutkaisemmin ja toimivat eri tavalla. Mutta aineenvaihdunta on edelleen pääongelma.
Lintujen lennon, käärmemyrkkyjen tai ihmisten aivojen tavoin, hämähäkki on yllättävän monimutkainen mukautus, todellinen evoluution mestariteos, joka on taannut suuren eläinryhmän menestyksen. Mutta aivot, lento ja toksiinien ja hämähäkkien synteesi ovat sopeutumisia, jotka ovat keholle erittäin kalliita. Kokeet Australian viipurien sukulaisten kanssa ovat osoittaneet, että puremisen jälkeen heidän on lisättävä aineenvaihduntaaan lähes 70 prosentilla, jotta proteiinimyrkky saatavuus voidaan palauttaa vähitellen. Kuinka paljon ihmisen aineenvaihdunnan tulisi lisääntyä, jotta hän voi syntetisoida satoja metrejä paksua rataköyttä? Kuinka paljon ruokaa hän tarvitsee ja kuinka paljon kaloreita sen pitäisi olla? Näyttää siltä, että kaikki tämä päättely lopettaa unelmastamme oikeasta Hämähäkkimiehestä.
Jälkisanan sijasta
Vaikka haluamme saada vain sellaisen ihmisen, joka pystyy syntetisoimaan hämähäkinseitit vähitellen, spidroiinigeenin lisääminen Peter Parkeriin ei riitä. Samat huomautukset ovat totta meidän tapauksessamme. Meidän on kasvatettava hämähäkkien rauhasia hänessä, tarjottava hänelle lisääntynyttä aineenvaihduntaa, mikä antaa hänelle lisää nopeutta, ketteryyttä ja tasapainoa - ja energiaa rainan synteesille. Tämä on tuskin mahdollista kehomme sisällä, ja on epätodennäköistä, että tällaisia kokeita koskaan tehdään. Mutta itse hämähäkkiverkkopolymeerien voima tulee ennemmin tai myöhemmin palveluumme, ja saamme uuden uskomattoman materiaalin raskaisiin ja kevyisiin vaatteisiin, kaapeleihin, lääketieteeseen ja monimutkaiseen optiikkaan. Ehkä sellaiset tuotteet eivät näytä yhtä vaikuttavalta kuin fantastinen Spider-Man, mutta ne todennäköisesti pelastavat ihmishenkiä.