Denne historien har blitt fortalt i tusenvis av Marvel-tegneserier, hundrevis av tegneserieserier og flere kassekontorer for Spider-Man og hans utnyttelser. Bare spill om helten ble opprettet ikke mindre enn femti, og sist ble premieren på spillet "Spider-Man" fra studioet Insomniac Games, utgitt av Sony, som viser seerne livet til både Spider-Man og Peter Parker selv.
Marvel Universe er basert på en fantasiforestilling. I fantasiverdenen gjelder ikke fysikkens lover nødvendigvis, så evnene til Spider-Man krever ikke vitenskapelig bevis, selv om de er basert på vitenskap og er en overdrevet versjon av virkelige vitenskapelige fakta. I følge historien skaffet Peter Parker kreftene gjennom giftet til en bestrålt edderkopp. De ga ham overmenneskelig smidighet og fart, reaksjon og styrke, og førte med tiden til utvikling av enda mer imponerende evner, inkludert nattsyn og fantastisk duft.
Styrken til polymerer
Hovedfordelen med Spider-Man var utvilsomt muligheten til å frigjøre tråder med klissete og utrolig holdbare edderkoppnett. Hvis vi ignorerer luftmotstanden og anser “skuddet” som strengt vertikalt, kan vi estimere hastigheten på edderkoppens gjenger: v = (2gh), det vil si v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, eller ca 160 km / t. Og selv om dette er enda mindre enn hastigheten på en kule eller i det minste en lyd, kan ikke energien som kreves for dette unnlate å imponere. Det er vanskelig å forestille seg hvordan kroppen kunne få tak i den uten en ekstra kunstig kilde.
Men styrken på Spider-Man-trådene er ganske "vitenskapelig": edderkoppsveven er en av de sterkeste polymerene på planeten. Strekkstyrken er omtrent 1000 MPa, og i rammetråden til Araneus diadematus edderkopper når den 2700 MPa. En slik indikator er utenfor kraften til de beste kvalitetene på karbonstål. Derfor klarer allerede en 3 mm Spider-Man-kabel (som har sin styrke som 1000 MPa) å motstå en belastning på mer enn 7000 N og takle en last som veier opp til 720 kg - eller med vekten til en normal person selv med sterk akselerasjon om et fall.
Edderkoppnettet skilles ut av spesialiserte kjertler på baksiden av magen, og det samme dyret kan ha flere typer kjertler som skaper en nett med forskjellige egenskaper. Men i alle fall, når det gjelder kjemisk sammensetning, er dette et spesielt protein, veldig nært silkeprotein. Kjedene er rike på glycin (den minste av aminosyrene, den gir fleksibilitet til polymerstrengene) og serin (den eneste aminosyren i levende organismer som inneholder svovel, som er i stand til å danne ytterligere bindinger som styrker proteinets form). Og individuelle deler av proteinet inneholder usedvanlig store mengder av den tredje aminosyren, alanin.
Salgsfremmende video:
Det ser ut til, hvorfor trenger vi alle disse detaljene? Imidlertid er det de som skaper den spesielle mikrostrukturen av edderkopp-proteiner-spidroins: alanine regioner danner tette pakket krystallinske regioner, og glycin-regioner - amorfe, elastiske bindinger mellom dem. Tørking i luften, herder hele strukturen og danner en tråd fra hvilken edderkoppen vever deler av banen. Denne prosessen er vanskelig, men syntese av nettet er likevel enda vanskeligere. Edderkopper bruker så mange ressurser på produksjon av spidroins at de ofte spiser gamle og skadede tråder selv for å gjenbruke dem.
Fremmed nett
Forsøk på å "temme" nettet og få det på laboratoriet, og deretter i industriell skala, har ikke stoppet på mange tiår. I løpet av denne tiden var det mulig å identifisere og isolere spidroin-genet fra edderkopper og overføre det til andre organismer, så i dag er det mulig å trekke ut en proteinpolymer ikke bare fra spesialvokste silkeorm eller edderkopper, men også fra E. coli-bakterier, genmodifiserte planter av tobakk og poteter, og til og med fra … geitemelk er dyr som bærer edderkoppproteinet genet. Det viktigste tekniske problemet på dette området er faktisk veving av tråder fra denne verdifulle ressursen.
Edderkopper bruker et ekstremt komplekst system av edderkoppnettkjertler: i motsetning til den samme melken, fra negler og hår, trenger dette materialet en delikat, jevn smykkesynteseprosess. Spidroin må frigjøres i en strengt definert lav hastighet og vikle seg sammen i et bestemt øyeblikk, og være i det nødvendige herdet stadium. Derfor er kjertlene til noen edderkopper ekstremt komplekse, og inneholder flere separate reservoarer for sekvensiell "modning" av banen og dens dannelse. Det er vanskelig å selv forestille seg hvordan Spider-Man kunne veve den i en hastighet på 150 km / t. Men bare for å syntetisere spidroin vil fremtidens mann være ganske kapabel.
Nei, ingenting som gener overføres med bitt, det være seg et vanlig dyr eller til og med en radioaktiv edderkopp. Selv den "induserte" strålingen, som kan vedvare i en edderkopp som overlevde hard stråling, vil neppe kunne nå et alvorlig nivå for oss - med mindre giften besto av rent plutonium. Og "mutagene enzymer" ville neppe gitt Peter Parker de nødvendige supermaktene. Så vidt vi vet, eksisterer ikke slike mennesker i naturen: kroppen vår, tvert imot, kjemper stadig mot tilfeldige mutasjoner, og hele proteinhærene er konstant opptatt med å "reparere" skadet DNA. Undertrykkelse av arbeidet med disse proteinene øker mutasjonsnivået - men i dette tilfellet ville Peter Parker, sannsynligvis, ganske enkelt dø av noen av kreftformene som er fulle av tilfeldige mutasjoner.
Det er knapt mulig å få gener av spidroinproteiner vi trenger med en bit. For å gjøre dette, må et visst DNA-fragment ikke bare komme inn i kroppen, men også unngå angrepet av immunforsvaret, mens det trenger inn i cellemembranen, deretter den nukleære membranen - og til slutt integreres i den aktive regionen til noe kromosom. Det er vanskelig å forestille seg at dette skjedde ved en tilfeldighet - virus har fordrevet denne enkle ferdigheten i milliarder av år og utallige generasjoner. Derfor er det virus som kan gi håp om at en vitenskap en dag vil gjøre Parkers frivillige om til noe som en ekte Spider-Man.
Energi og nanoteknologi
Faktisk, i 2010, da geiter ble oppnådd som produserer melk med edderkoppvevproteiner, brukte forskere modifiserte virus for å overføre gener. Ikke i stand til å skade cellen, de beholdt likevel muligheten til å feste seg til den og levere en kunstig analog av spidroin-genet inne. For øvrig ble polymeren oppnådd på denne måten vevd inn i et ekstremt holdbart materiale, som Nexia Biotechnologies fremmet under varemerket BioSteel, men produksjonsprosessen ble aldri brakt til en økonomisk begrunnet pris og skala, så i dag har selskapet gått konkurs. Men vi ble distrahert.
De DNA-fragmentene som er nødvendige for syntesen av spidroin ble introdusert i geiter i stadiet av encellede embryoer. Deretter ble disse genene funnet i alle datterceller i den dannede organismen, selv om forskere integrerte dem i den delen av genomet som bare var aktivt i celler som var involvert i syntesen av morsmelk. Hvis vi ønsker å gjøre Peter Parker til Spider-Man, vil det være mye vanskeligere. Først må målgenet vises i kromosomene til en voksen organisme, samtidig i en mengde av dannede celler i bestemte områder av huden, og overalt integreres i det ønskede området.
I teorien kan de nyeste teknologiene, som nå går gjennom forskjellige stadier av studier og laboratorietester, tillate dette, pluss noen ideer som fortsatt er et spørsmål om den fjernere fremtid. Spesielt lover den forbedrede CRISPR / Cas-metoden nøyaktig integrering av gener i de ønskede områdene av kromosomer. Den bruker et spesielt sett med bakterielle enzymer og RNA for å gjøre kutt i en DNA-streng på et spesifikt sted. Cellens egne enzymer skynder seg straks å reparere denne kunstige skaden og bruker den første "lappen" som følger med - vanligvis et fragment av et gen som folk trenger å bli introdusert sammen med Cas-proteinene.
Retrovirus kan tilby transport for levering av hele settet med molekyler, slik det er gjort med geiter. Og nanoteknologi vil gjøre det mulig å utstyre skjellene til virale partikler med elementer, for eksempel reagere på et magnetfelt for å aktivere genmodifisering strengt i de nødvendige cellene til den voksne Peter Parker. Det er vanskeligere å forestille seg hvordan det fra cellene i huden og tilsynelatende fra svette- og talgkjertlene ville være mulig å få frem arachnoide kjertler, ordnet mye mer komplekst og fungere annerledes. Men metabolisme er fortsatt hovedproblemet.
Som flukten av fugler, slangegift eller hjernen til mennesker, er nettet en utrolig kompleks tilpasning, et ekte mesterverk i evolusjonen som har sikret suksessen for en stor gruppe dyr. Men hjernen og flukten, og syntesen av giftstoffer og spindelvev er tilpasninger som er ekstremt dyre for kroppen. Eksperimenter med australske slektninger til hoggormer har vist at de etter å ha blitt bitt, må øke metabolske hastigheten med nesten 70% for gradvis å gjenopprette tilførselen av proteingift. Hvor mye bør en persons metabolisme øke for at han skal syntetisere hundrevis av meter tykt netttau? Hvor mye mat trenger han og hvor høyt kalorier bør det være? Det ser ut til at alt dette resonnementet stopper drømmene våre om en ekte Spider-Man.
I stedet for et etterord
Selv om vi bare ønsker å få en person som kan syntetisere spindelvev litt etter litt, vil det ikke være nok å legge spidroin-genet til Peter Parker. De samme merknadene er tilfelle i vårt tilfelle. Vi må dyrke edderkoppkjertler i ham, gi ham et økt stoffskifte, noe som vil gi ham ekstra fart, smidighet og balanse - og energi til syntese av nettet. Det er usannsynlig at dette er mulig innenfor rammen av kroppen vår, og det er usannsynlig at slike eksperimenter noen gang vil bli utført. Men kraften til edderkoppnettpolymerer i seg selv vil før eller siden komme til tjeneste for oss, og vi vil få et nytt fantastisk materiale for tunge og lette klær, kabler, for medisin og kompleks optikk. Kanskje slike produkter ikke vil se like imponerende ut som den fantastiske Spider-Man, men de vil sannsynligvis redde liv ikke mindre.
