Tento príbeh bol rozprávaný v tisíckach komiksov Marvel, stovkách seriálov kreslených seriálov a niekoľkých trhákoch v kasíne o Spider-Manovi a jeho zneužívaní. Najmenej päťdesiat bolo vytvorených iba hier o hrdinovi a naposledy premiéra hry „Spider-Man“zo štúdia Insomniac Games, ktorú vydala spoločnosť Sony a ktorá ukazuje divákom život Spider-Mana a samotného Petra Parkera.
Marvel Universe je založený na fantasy predstavení. Vo fantasy svete sa naše fyzikálne zákony nemusia nevyhnutne uplatňovať, takže schopnosti Spider-Mana nevyžadujú vedecké dôkazy, hoci sú založené na vede a sú prehnanou verziou skutočných vedeckých faktov. Podľa príbehu získal Peter Parker svoje sily jedom ožiareného pavúka. Obdivovali ho nadľudskou obratnosťou a rýchlosťou, reakciou a silou a postupom času sa vyvíjali ešte pôsobivejšie schopnosti, vrátane nočného videnia a pozoruhodnej vône.
Pevnosť polymérov
Hlavnou výhodou Spider-Man bola nepochybne schopnosť uvoľniť vlákna lepkavej a neuveriteľne trvanlivej pavučiny. Ak ignorujeme odpor vzduchu a považujeme „streľbu“za striktne zvislú, môžeme odhadnúť rýchlosť závitu pavúka: v = (2gh), tj v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, alebo asi 160 km / h. A aj keď je to ešte menej ako rýchlosť guľky alebo aspoň zvuk, energia potrebná na to nemôže zlyhať. Je ťažké si predstaviť, ako by ho telo mohlo získať bez ďalšieho umelého zdroja.
Avšak sila vlákien Spider-Man je dosť „vedecká“: pavučina je jedným z najsilnejších polymérov na planéte. Jeho pevnosť v ťahu je asi 1 000 MPa a v rámovom závite pavúkov Araneus diadematus dosahuje 2700 MPa. Takýto ukazovateľ presahuje moc tých najlepších druhov ocele s vysokým obsahom uhlíka. Preto už 3 mm kábel Spider-Man (s pevnosťou 1 000 MPa) je schopný odolať záťaži vyššej ako 7 000 N a vyrovnať sa s bremenom s hmotnosťou do 720 kg - alebo s hmotnosťou normálnej osoby aj pri silnom zrýchlení pri páde.
Sieť pavúkovcov je vylučovaná špecializovanými žľazami v zadnej časti brucha a to isté zviera môže mať niekoľko typov žliaz, ktoré vytvárajú sieť s rôznymi vlastnosťami. Ale v každom prípade, pokiaľ ide o chemické zloženie, jedná sa o špeciálny proteín, veľmi blízky hodvábnemu proteínu. Jeho reťazce sú bohaté na glycín (najmenší z aminokyselín, poskytuje flexibilitu polymérnym vláknam) a serín (jediná aminokyselina v živých organizmoch, ktorá obsahuje síru, ktorá je schopná vytvárať ďalšie väzby, ktoré posilňujú tvar proteínu). A jednotlivé časti proteínu obsahujú mimoriadne veľké množstvo tretej aminokyseliny, alanín.
Propagačné video:
Zdalo by sa, prečo potrebujeme všetky tieto podrobnosti? Sú to však oni, ktorí vytvárajú špeciálnu mikroštruktúru proteínov pavučiny-spidroínov: alanínové oblasti tvoria husto zhustené kryštalické oblasti a glycínové oblasti - amorfné, elastické väzby medzi nimi. Celkovým sušením na vzduchu stvrdne a vytvára niť, z ktorej pavúk naväzuje časti svojho rúna. Tento proces je náročný, ale syntéza webu je ešte ťažšia. Pavúky utrácajú toľko zdrojov na výrobu spidroínov, že často jedia staré a poškodené vlákna, aby ich mohli znova použiť.
Cudzí web
Pokusy „skrotiť“web a dostať ho do laboratória a potom v priemyselnom meradle sa už mnoho desaťročí nezastavili. Počas tejto doby bolo možné identifikovať a izolovať gén spidroínu z pavúkov a preniesť ho do iných organizmov, takže dnes je možné extrahovať proteínový polymér nielen zo špeciálne pestovaných priadky morušovej alebo pavúkov, ale aj z baktérií E. coli, geneticky modifikovaných rastlín tabaku a zemiakov a dokonca aj z … kozie mlieko sú zvieratá, ktoré nesú proteín bielkoviny pavúka. Hlavným technickým problémom v tejto oblasti je v skutočnosti tkanie nití z tohto cenného zdroja.
Pavúky používajú extrémne zložitý systém žliaz pavučiny: Na rozdiel od rovnakého mlieka, z nechtov a vlasov, tento materiál potrebuje jemný, rovnomerný proces syntézy šperkov. Spidroín sa musí uvoľňovať pri presne vymedzenej nízkej rýchlosti a musí sa v určitom okamihu prepletiť, pričom musí byť v požadovanej fáze kalenia. Preto sú žľazy niektorých pavúkov mimoriadne zložité a obsahujú niekoľko samostatných rezervoárov na postupné "dozrievanie" rúna a jeho formovanie. Je ťažké si predstaviť, ako by ho Spider-Man mohol tkať rýchlosťou 150 km / h. Ale iba na syntézu spidroínu bude muž budúcnosti schopný.
Nie, nič ako gény sa neprenášajú uhryznutím, či už ide o obyčajné zviera, alebo dokonca o rádioaktívneho pavúka. Dokonca ani samotné „indukované“žiarenie, ktoré mohlo pretrvávať v skuse pavúka, ktorý prežil tvrdé žiarenie, pravdepodobne nedosiahne úroveň, ktorá je pre nás vážna - pokiaľ jeho jed nebude pozostávať z čistého plutónia. A „mutagénne enzýmy“by sotva poskytli Petrovi Parkerovi potrebné superveľmoci. Pokiaľ vieme, takíto ľudia v prírode neexistujú: naše telo naopak neustále bojuje proti náhodným mutáciám a celé proteínové armády sú neustále zaneprázdnené „opravou“poškodenej DNA. Potlačenie práce týchto proteínov zvyšuje úroveň mutácií - ale v tomto prípade by Peter Parker s najväčšou pravdepodobnosťou jednoducho zomrel na jednu z rakovín, ktoré sú plné náhodných mutácií.
Sotva je možné získať gény proteínov spidroínu, ktoré potrebujeme, uhryznutím. Aby to bolo možné dosiahnuť, určitý fragment DNA musí nielen vstúpiť do tela, ale musí sa tiež vyhnúť útoku imunitného systému pri preniknutí do bunkovej membrány, potom do jadrovej membrány - a nakoniec sa integrovať do aktívnej oblasti nejakého chromozómu. Je ťažké si predstaviť, že k tomu došlo náhodou - vírusy si túto jednoduchú zručnosť honili miliardy rokov a bezpočet generácií. Preto sú to vírusy, ktoré môžu dať nádej, že jedného dňa sa z Parkerovho dobrovoľníka stane niečo ako skutočný Spider-Man.
Energetika a nanotechnológia
V roku 2010, keď sa získali kozy, ktoré produkujú mlieko s bielkovinami pavúka, vedci použili na prenos génov modifikované vírusy. Nemožno poškodiť bunku, napriek tomu si zachovali schopnosť k nej sa pripojiť a dodať umelou analógu génu spidroínu vo vnútri. Mimochodom, takto získaný polymér bol schopný vpletať sa do mimoriadne odolného materiálu, ktorý spoločnosť Nexia Biotechnologies propagovala pod ochrannou známkou BioSteel, ale výrobný proces sa nikdy neznížil na ekonomicky opodstatnené náklady a rozsah, takže dnes spoločnosť skrachovala. Ale rozptýlili sme sa.
Fragmenty DNA potrebné na syntézu spidroínu sa zaviedli do koz v štádiu jednobunkových embryí. Následne boli tieto gény nájdené vo všetkých dcérskych bunkách formovaného organizmu, hoci vedci ich integrovali do tej časti genómu, ktorá bola aktívna iba v bunkách zapojených do syntézy materského mlieka. Ak chceme zmeniť Petra Parkera na Spider-Mana, bude to oveľa ťažšie. Po prvé, cieľový gén sa musí objaviť v chromozómoch dospelého organizmu, naraz v množstve vytvorených buniek v určitých oblastiach kože a všade sa integrovať do požadovanej oblasti.
Teoreticky to umožňujú najnovšie technológie, ktoré teraz prechádzajú rôznymi fázami štúdia a laboratórnymi testami, a niektoré myšlienky, ktoré zostávajú záležitosťou vzdialenejšej budúcnosti. Konkrétne vylepšená metóda CRISPR / Cas sľubuje presnú integráciu génov do požadovaných oblastí chromozómov. Používa špeciálnu množinu bakteriálnych enzýmov a RNA na rezy v reťazci DNA na konkrétnom mieste. Enzýmy bunky sa okamžite ponáhľajú napraviť toto umelé poškodenie a použiť prvú „náplasť“, ktorá sa vyskytuje - zvyčajne je to fragment génu, ktorý je potrebné zaviesť spolu s proteínmi Cas.
Retrovírusy môžu poskytovať transport na dodávku celej sady molekúl, ako sa to stalo pri kozách. A nanotechnológia umožní vybaviť škrupiny vírusových častíc prvkami, napríklad reagujúcimi na magnetické pole, aby sa génová modifikácia striktne aktivovala v nevyhnutných bunkách dospelého Petera Parkera. Je ťažšie si predstaviť, ako by bolo možné získať z arachnoidných žliaz z buniek kože a zrejme zo potných a mazových žliaz, usporiadaných oveľa zložitejšie a inak inak. Hlavným problémom však zostáva metabolizmus.
Podobne ako let vtákov, hadí jed alebo mozog ľudí, je web úžasne komplexnou adaptáciou, skutočným majstrovským dielom evolúcie, ktoré zaistilo úspech veľkej skupiny zvierat. Mozog a útek a syntéza toxínov a pavučín sú však pre telo mimoriadne nákladné. Pokusy s austrálskymi príbuznými vretenami ukázali, že po pohryznutí musia zvýšiť rýchlosť metabolizmu o takmer 70%, aby postupne obnovili zásobovanie proteínovým jedom. Koľko by sa mal metabolizmus človeka zvýšiť, aby syntetizoval stovky metrov hrubého povrazca? Koľko jedla potrebuje a koľko kalórií by malo byť? Zdá sa, že všetky tieto argumentácie ukončujú naše sny o skutočnom Spider-Manovi.
Namiesto doslovu
Aj keď chceme iba získať človeka, ktorý dokáže kúsok cowwebov syntetizovať postupne, pridanie génu spidroínu k Peterovi Parkerovi nebude stačiť. Rovnaké poznámky platia aj pre náš prípad. Budeme v ňom musieť pestovať spiderove žľazy, poskytovať mu zvýšený metabolizmus, čo mu dodá ďalšiu rýchlosť, obratnosť a rovnováhu - a energiu na syntézu webu. Je nepravdepodobné, že je to možné v rámci nášho tela, a je nepravdepodobné, že by sa takéto experimenty niekedy uskutočnili. Samotná sila polymérov pavučiny však skôr alebo neskôr príde k našim službám a získame nový úžasný materiál pre ťažké a ľahké oblečenie, káble, pre medicínu a zložitú optiku. Možno, že také výrobky nebudú vyzerať tak pôsobivo ako fantastický Spider-Man, ale pravdepodobne nezachránia životy.