O tej zgodbi so pripovedovali v tisočih stripih Marvel, stotinah risanih serij in več box-office blockbusterjev o Spider-Manu in njegovih podvigih. Samo iger o junaku je bilo ustvarjenih nič manj kot petdeset, nazadnje pa je bila premiera igre "Spider-Man" iz studia Insomniac Games, ki jo je objavila družba Sony, ki gledalcem prikazuje življenje tako Spider-Man kot tudi Petra Parkerja.
Vesolje Marvel temelji na fantazijski predstavi. V svetu fantazij naši zakoni fizike ne veljajo nujno, zato sposobnosti Spider-Man ne zahtevajo znanstvenih dokazov, čeprav temeljijo na znanosti in so pretirana različica resničnih znanstvenih dejstev. Glede na zgodbo je Peter Parker svoje moči pridobil s strupom obsevanega pajka. Obdarili so ga z nadčloveško okretnostjo in hitrostjo, reakcijo in močjo ter sčasoma privedli do razvoja še bolj impresivnih sposobnosti, vključno z nočnim vidom in izjemnim vonjem.
Trdnost polimerov
Glavna prednost Spider-Man je nedvomno bila sposobnost sproščanja niti lepljivih in neverjetno trpežnih pajkovih mrež. Če prezremo zračni upor in štejemo, da je »strel« strogo navpičen, potem lahko ocenimo hitrost pajkovih niti: v = (2gh), to je v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, ali približno 160 km / h. In čeprav je to celo manjše od hitrosti krogle ali vsaj zvoka, energije, ki je potrebna za to, ne moremo navdušiti. Težko si je predstavljati, kako bi ga telo lahko pridobilo brez dodatnega umetnega vira.
Toda moč Spider-Man-ovih niti je precej "znanstvena": pajkova mreža je eden najmočnejših polimerov na planetu. Njegova natezna trdnost je približno 1000 MPa, v okvirju niti pajerov Araneus diadematus pa doseže 2700 MPa. Takšen kazalnik presega moč najboljših razredov visoko ogljikovega jekla. Zato že 3 mm kabel Spider-Man (ki ima svojo moč 1000 MPa) zdrži obremenitev večjo od 7000 N in se spopade z obremenitvijo do 720 kg - ali s težo običajnega človeka tudi z močnim pospeškom v padcu.
Arachnidsovo mrežo izločajo specializirane žleze na zadnjem delu trebuha, ista žival pa ima lahko več vrst žlez, ki ustvarjajo mrežo z različnimi lastnostmi. Vsekakor pa je po kemijski sestavi to poseben protein, zelo blizu beljakovine svile. Njene verige so bogate z glicinom (najmanjša aminokislina, polimernim strunam zagotavlja prožnost) in serinom (edino aminokislino v živih organizmih, ki vsebuje žveplo, ki lahko tvori dodatne vezi, ki krepijo obliko beljakovin). Posamezni odseki proteina vsebujejo izjemno velike količine tretje aminokisline, alanina.
Promocijski video:
Zdi se, zakaj potrebujemo vse te podrobnosti? Vendar pa oni ustvarijo posebno mikrostrukturo beljakovin-spidroinov pajkaste mreže: alaninske regije tvorijo gosto pakirane kristalne regije, glicinske regije pa amorfne, elastične vezi med njimi. Po sušenju na zraku se celotna konstrukcija strdi in tvori nit, iz katere pajek plete dele svojega spleta. Ta postopek je težaven, a kljub temu je sinteza spleta še toliko težja. Pajki porabijo toliko virov za izdelavo spidroinov, da pogosto sami jedo stare in poškodovane niti, da bi jih lahko ponovno uporabili.
Tuj splet
Poskusi "ukrotiti" splet in ga spraviti v laboratorij, nato pa tudi v industrijskem obsegu, se že več desetletij ne ustavijo. V tem času je bilo mogoče prepoznati in izolirati gen spidroina iz pajkov in ga prenesti na druge organizme, zato je danes beljakovinski polimer mogoče izvleči ne samo iz posebej gojenih sviloprejk ali pajkov, temveč tudi iz bakterij E. coli, gensko spremenjenih rastlin tobaka in krompirja in celo iz … kozje mleko so živali, ki prenašajo gen pajkovih beljakovin. Glavna tehnična težava na tem področju je pravzaprav tkanje niti iz tega dragocenega vira.
Pajki uporabljajo izredno zapleten sistem pajkovih mrež: za razliko od istega mleka iz nohtov in las ta material potrebuje občutljiv, enakomeren postopek sinteze nakita. Spidroin se mora v določenem trenutku sprostiti pri strogo določeni nizki hitrosti in prepletati, saj je v zahtevani fazi utrjevanja. Zato so žleze nekaterih pajkov izjemno kompleksne, vsebujejo več ločenih rezervoarjev za zaporedno "zorenje" spleta in njegovo tvorbo. Težko si je celo predstavljati, kako bi ga Spider-Man lahko tkal pri hitrosti 150 km / h. Toda samo sintetizirati spidroina bo človek prihodnosti povsem sposoben.
Ne, nič drugega kot geni se ne prenašajo z ugrizi, pa naj gre za navadno žival ali celo radioaktivni pajek. Tudi samo "inducirano" sevanje, ki bi lahko vztrajalo pri ugrizu pajka, ki je preživel trdo sevanje, verjetno ne bo doseglo resne ravni za nas - razen če njegov strup ne bi vseboval čistega plutonija. In "mutageni encimi" bi Petru Parkerju komaj dali potrebne sile. Kolikor vemo, takšni ljudje v naravi ne obstajajo: nasprotno, naše telo se nenehno bori proti naključnim mutacijam, cele proteinske armade pa so nenehno zasedene s "popravljanjem" poškodovane DNK. Zatiranje teh beljakovin poveča raven mutacij - a v tem primeru bi Peter Parker najverjetneje preprosto umrl zaradi nekaterih rakavih obolenj, ki se spopadajo z naključnimi mutacijami.
Kmalu ni mogoče dobiti gena spidroin proteinov, ki jih potrebujemo z ugrizom. Če želite to narediti, mora določen fragment DNK ne le vnesti v telo, ampak tudi preprečiti napad imunskega sistema, medtem ko prodira v celično membrano, nato v jedrsko membrano - in se končno vključi v aktivno območje nekega kromosoma. Težko si je predstavljati, da se je to zgodilo po naključju - virusi so to preprosto znanje sprejeli že več milijard let in nešteto generacij. Zato virusi lahko dajo upanje, da bo nekoč znanost Parkerjeve prostovoljke spremenila v nekaj, kot je pravi Spider-Man.
Energija in nanotehnologija
Znanstveniki so leta 2010, ko so dobili koze, ki proizvajajo mleko z beljakovinami pajkove mreže, uporabljale spremenjene viruse za prenos genov. Ker celici niso mogli škodovati, so kljub temu ohranili sposobnost, da se nanjo navezujejo in v notranjost dostavijo umetni analog gena spidroin. Mimogrede, polimer, pridobljen na ta način, je bil vdelan v izjemno trpežen material, ki ga je Nexia Biotechnologies promovirala pod blagovno znamko BioSteel, vendar proizvodni postopek ni nikoli pripeljal do ekonomsko upravičenih stroškov in obsega, zato je danes podjetje šlo v stečaj. Ampak smo se motili.
Fragmenti DNK, potrebni za sintezo spidroina, so bili vneseni v koze na stopnji enoceličnih zarodkov. Pozneje so te gene našli v vseh hčerinskih celicah tvorjenega organizma, čeprav so jih znanstveniki vključili v tisti del genoma, ki je bil aktiven le v celicah, ki se ukvarjajo s sintezo materinega mleka. Če želimo Petra Parkerja spremeniti v Spider-Mana, bo veliko težje. Najprej se mora ciljni gen pojaviti v kromosomih odraslega organizma, naenkrat v množici oblikovanih celic na določenih predelih kože in se povsod vključiti v želeno območje.
Teoretično to lahko omogočajo najnovejše tehnologije, ki zdaj potekajo skozi različne faze študija in laboratorijske preiskave ter nekatere ideje, ki ostajajo stvar bolj oddaljene prihodnosti. Zlasti izboljšana metoda CRISPR / Cas obljublja natančno integracijo genov v želena področja kromosomov. Uporablja poseben nabor bakterijskih encimov in RNA za rezanje verige DNK na določenem mestu. Lastni encimi v celici takoj pohitijo, da popravijo to umetno škodo in uporabijo prvi "obliž", ki pride zraven - ponavadi delček gena, ki ga morajo ljudje vnesti skupaj z proteini Cas.
Retrovirusi lahko zagotovijo prevoz celotnega niza molekul, kot je to storilo pri kozah. In nanotehnologija bo omogočila, da se lupine virusnih delcev opremijo z elementi, na primer reagirajo na magnetno polje - da bi aktivirali modifikacijo genov strogo v potrebnih celicah odraslega Petra Parkerja. Težje si je predstavljati, kako bi lahko iz celic njegove kože in menda iz žlez znojnic in lojnic pridobili arahnoidne žleze, urejene veliko bolj zapleteno in drugače delujejo. Toda glavni problem ostaja presnova.
Tako kot polet ptic, kačji strup ali možgani ljudi je tudi splet neverjetno zapletena prilagoditev, resnična mojstrovina evolucije, ki je zagotovila uspeh velike skupine živali. Toda možgani, polet in sinteza toksinov in pajčevine so prilagoditve, ki so za telo izjemno drage. Poskusi z avstralskimi sorodniki viperjev so pokazali, da morajo po ugrizu svojo hitrost presnove povečati za skoraj 70%, da bi postopoma obnovili preskrbo z beljakovinskim strupom. Koliko bi se moral človekov metabolizem povečati, da bi lahko sintetiziral več sto metrov debelo spletno vrv? Koliko hrane potrebuje in koliko kalorij naj bo? Zdi se, da vse to sklepanje uresničuje naše sanje o pravem Spider-Manu.
Namesto besede
Tudi če želimo dobiti samo osebo, ki lahko malo po malem sintetizira pajčevine, dodajanje gena spidroina Petru Parkerju ne bo dovolj. Enake pripombe veljajo tudi v našem primeru. V njem bomo morali gojiti pajkove žleze, mu zagotoviti povečano presnovo, kar mu bo dalo dodatno hitrost, okretnost in ravnotežje - ter energijo za sintezo spleta. Malo je verjetno, da je to mogoče v okviru našega telesa, in malo verjetno je, da bomo kdaj izvedli take poskuse. Toda moč samih pajkovskih polimerov bo slej ko prej prišla v poštev in dobili bomo nov neverjeten material za težka in lahka oblačila, kable, za medicino in prefinjeno optiko. Morda takšni izdelki ne bodo videti tako impresivno kot fantastični Spider-Man, vendar bodo verjetno rešili življenja nič manj.