Ezt a történetet több ezer Marvel képregényben, több száz rajzfilm sorozatban és több box-boxbuste-ben mondták el a Pókemberről és az ő kizsákmányolásáról. Csak a hősről szóló játékokat hozták létre legalább ötven, és a legutóbb az Insomniac Games stúdiójában a Sony által kiadott "Spider-Man" játék premierje jelenik meg, amely a nézőknek bemutatja mind a Spider-Man, mind pedig magát Peter Parker-t.
A Marvel Universe fantasy-előadáson alapul. A fantáziavilágban a fizika törvényei nem feltétlenül érvényesek, tehát a Spider-Man képességeihez nem szükséges tudományos bizonyíték, bár a tudományon alapulnak és a valódi tudományos tények túlzott változata. A történet szerint Peter Parker egy besugárzott pók méregével szerezte meg hatalmát. Emberfeletti agilitással és sebességgel, reakcióval és erővel felruházta őt, és idővel még lenyűgözőbb képességek kifejlesztéséhez vezettek, ideértve az éjjellátást és a figyelemre méltó illatot.
A polimerek szilárdsága
A Spider-Man fő előnye kétségtelenül az volt, hogy képes ragacsos és hihetetlenül tartós pókhálók szálainak kiszabadítására. Ha figyelmen kívül hagyjuk a levegõellenállást és a "lövést" szigorúan függõlegesnek tekintjük, akkor becsülhetjük meg a pók menetének sebességét: v = (2gh), vagyis v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, vagy körülbelül 160 km / h. És bár ez még kisebb, mint egy golyó sebessége vagy legalábbis egy hang, az ehhez szükséges energia nem hagyhat benyomást. Nehéz elképzelni, hogy a test hogyan szerezheti be további mesterséges forrás nélkül.
A Spider-Man szálainak ereje viszont meglehetősen "tudományos": a pókháló az egyik legerősebb polimer a bolygón. Szakítószilárdsága körülbelül 1000 MPa, az Araneus diadematus pókok keretszálán pedig eléri a 2700 MPa-t. Egy ilyen mutató meghaladja a magas széntartalmú acél legjobb minőségét. Ezért egy 3 mm-es Spider-Man-kábel (amelynek erőssége 1000 MPa) képes ellenállni több mint 7000 N terhelésnek, és akár 720 kg-ig terhelő tehernek is megbirkózni - vagy akár egy normál ember súlyával is, ha esése erősen gyorsul.
A pókhálót a has hátulján található speciális mirigyek választják el, és ugyanazon állatnak többféle mirigye lehet, amelyek különböző tulajdonságokkal rendelkező hálót hoznak létre. De a kémiai összetétel szempontjából mindenképpen ez egy speciális fehérje, nagyon közel áll a selyemfehérjéhez. Láncai gazdagok a glicinben (az aminosavak közül a legkisebb, rugalmasságot biztosít a polimer szálak számára) és a szerinben (az élő szervezetekben az egyetlen aminosav, amely ként tartalmaz, amely további kötéseket képezhet, amelyek megerősítik a fehérje alakját). És a fehérje egyes szakaszai kivételesen nagy mennyiségben tartalmaznak a harmadik aminosavat, az alanint.
Promóciós videó:
Úgy tűnik, miért van szükségünk ezekre a részletekre? Ugyanakkor ők hozzák létre a pókháló fehérjék-spidroinek speciális mikroszerkezetét: az alanin régiók sűrűn csomagolt kristályos régiókat alkotnak, a glicin régiók - amorf, rugalmas kötéseket képeznek közöttük. A levegőn megszáradva az egész szerkezet megszilárdul, és egy szálat alkot, amelyből a pók a hálójának részeit szövi. Ez a folyamat nehéz, ám ennek ellenére a szövet szintézise még nehezebb. A pókok annyi forrást költenek a spidroinok előállítására, hogy gyakran maguknak esznek régi és sérült szálakat, hogy újra felhasználhassák őket.
Idegen web
A web „megszelídítésére” és a laboratóriumban, majd ipari méretekben tett kísérletek évtizedek óta nem álltak le. Ebben az időben lehetett azonosítani és elkülöníteni a spidroin gént a pókoktól, és átvinni más szervezetekre, így ma már nem csak a kifejezetten termesztett selyemhernyókból vagy pókokból, hanem az E. coli baktériumokból, a dohány és a burgonya géntechnológiával módosított növényéből és még a … a kecsketej olyan állatok, amelyek a pókfehérje gént hordozzák. A fő technikai probléma ezen a területen valójában a szálak szövése ebből az értékes erőforrásból.
A pókok a pókháló mirigyek rendkívül összetett rendszerét használják: ellentétben ugyanazzal a tejjel, a körmökből és a hajból, ehhez az anyaghoz finom, egyenletes ékszer-szintézis szükséges. A Spidroint szigorúan meghatározott kis sebességgel szabadon kell engedni, és egy bizonyos pillanatban bele kell fonni, a kívánt edzési szakaszban. Ezért egyes pókok mirigyei rendkívül összetettek, és több különálló tartályt tartalmaznak a szövedék egymást követő "érésére" és kialakulására. Nehéz elképzelni, hogyan tudná a Pókember 150 km / h sebességgel szövni. De csak a spidroin szintetizálása céljából a jövő ember elég képes lesz.
Nem, semmi olyan, mint a gének, nem halad át a harapásokkal, legyen az közönséges állat vagy akár radioaktív pók. Még maga az „indukált” sugárzás is, amely megmaradhatott egy olyan pók harapásán, amely túlélte a kemény sugárzást, valószínűleg nem lesz képes elérni a számunkra komoly szintet - kivéve, ha mérge tiszta plutóniumból áll. És a "mutagén enzimek" alig adták Peter Parkernek a szükséges szuperhatalmakat. Tudomásunk szerint az ilyen emberek nem léteznek a természetben: éppen ellenkezőleg, testünk folyamatosan harcol a véletlenszerű mutációk ellen, és az egész fehérje-seregek folyamatosan elfoglalták a sérült DNS javítását. Ezeknek a fehérjéknek a visszaszorítása növeli a mutációk szintjét - de ebben az esetben Peter Parker, valószínűleg, egyszerűen csak meghal egy olyan rákban, amely véletlenszerű mutációkkal teli.
Alig lehet beszerezni egy spidroin fehérje gént egy harapással. Ehhez egy bizonyos DNS-fragmentumnak nemcsak a testbe kell belépnie, hanem el kell kerülnie az immunrendszer támadását is, miközben áthatol a sejtmembránon, majd a magmembránon, és végül integrálódnia kell valamely kromoszóma aktív régiójába. Nehéz elképzelni, hogy ez véletlenül történt - a vírusok milliárd évig és számtalan generáció óta tisztelik ezt az egyszerű képességet. Ezért a vírusok reményt adhatnak arra, hogy a napi tudomány Parker önkéntese valódi Pók-emberké válhat.
Energia és nanotechnológia
Valójában 2010-ben, amikor kecskéket kaptunk, amelyek pókháló fehérjékkel tejet termelnek, a tudósok módosított vírusokat használtak a gének átvitelére. Mivel nem tudták károsítani a sejtet, ennek ellenére megőrizték azt a képességüket, hogy hozzákapcsolódjanak és a spidroin gén mesterséges analógját szállítsák a benne. Mellesleg, az így kapott polimert egy rendkívül tartós anyaggá szövötték, amelyet a Nexia Biotechnologies a BioSteel védjegy alatt reklámozott, de a gyártási folyamatot soha nem hozták gazdasági szempontból indokolt költségre és méretre, tehát ma a cég csődbe ment. De elvonultunk.
A spidroin szintéziséhez szükséges DNS-fragmenseket kecskékbe helyeztük az egysejtű embriók szakaszában. Később ezeket a géneket megtaláltak a kialakult szervezet minden leánysejtjében, bár a tudósok beépítették őket a genom azon részébe, amely csak az anyatej szintézisével foglalkozó sejtekben volt aktív. Ha Peter Parkert Spider-Manré akarjuk alakítani, akkor ez sokkal nehezebb lesz. Először, a célgénnek felnőtt szervezet kromoszómáiban, egyszerre a kialakult sejtek sokaságában, a bőr bizonyos területein megjelennie kell, és mindenütt integrálódnia kell a kívánt területre.
Elméletileg a legújabb technológiák, amelyek ma már a tanulmányok és a laboratóriumi tesztelés különböző szakaszaion mennek keresztül, lehetővé teszik ezt, valamint néhány olyan ötlettel, amely a távoli jövő kérdése marad. Különösen a továbbfejlesztett CRISPR / Cas módszer ígéri a gének pontos integrációját a kromoszómák kívánt régióiban. Speciális baktérium-enzimeket és RNS-t használ egy DNS-szál vágására egy adott helyen. A sejt saját enzimei azonnal rohamosan kijavítják ezt a mesterséges károsodást, és használják az első mellékelt "tapaszt" - általában egy gén egy olyan fragmentumát, amelyet az embereknek be kell vezetni a Cas fehérjékkel együtt.
A retrovírusok képesek szállítani a teljes molekulák szállítását, mint a kecskéknél. A nanotechnológia lehetővé teszi a vírusrészecskék héjának elemeivel való ellátását, például reagálva egy mágneses mezőre annak érdekében, hogy szigorúan aktiválják a génmódosítást a felnőtt Peter Parker szükséges sejtjeiben. Nehezebb elképzelni, hogyan lehetne bőrének sejtjeiből, és láthatóan az izzadságból és a faggyúmirigyekből arachnoid mirigyek előállítása, amelyek sokkal összetettebben vannak elrendezve és másképp működnek. De az anyagcsere továbbra is a fő probléma.
Mint a madarak repülése, a kígyóméreg vagy az emberek agya, a háló is elképesztően összetett adaptáció, egy igazi evolúció remekmű, amely biztosítja az állatok nagy csoportjának sikerét. De az agy és a repülés, valamint a toxinok és a pókhálók szintetizálása olyan adaptációk, amelyek a test számára rendkívül költségesek. A vipera ausztrál rokonaival végzett kísérletek azt mutatták, hogy megharapásuk után szinte 70% -kal meg kell növelni anyagcseréjüket annak érdekében, hogy fokozatosan helyreállítsák a fehérjemérgek ellátását. Mennyit kell növelnie az ember anyagcseréjének ahhoz, hogy több száz méter vastag hálókötést szintetizáljon? Mennyi ételre van szüksége, és mennyi kalóriának kell lennie? Úgy tűnik, hogy ez az érvelés véget vet egy igazi Pókember álmainak.
Utószó helyett
Még ha csak olyan embert akarunk elérni, aki apránként képes szintetizálni a pókhálókat, akkor nem elegendő a spidroin gén hozzáadása Peter Parkerhez. Ugyanezek a megjegyzések érvényesek a mi esetünkre is. Fejlesztenünk kell benne a pók mirigyeit, megnövekedett anyagcserét kell biztosítania neki, ami további sebességet, agilitást és egyensúlyt - és energiát ad a szövet szintéziséhez. Nem valószínű, hogy ez testünk keretein belül lehetséges, és nem valószínű, hogy ilyen kísérleteket valaha is végeznek. De a pókháló-polimerek ereje előbb vagy utóbb a szolgáltatásunkba fog jutni, és új csodálatos anyagot kapunk a nehéz és könnyű ruházathoz, kábelekhez, az orvostudományhoz és a kifinomult optikához. Lehet, hogy az ilyen termékek nem fognak olyan lenyűgözőnek tűnni, mint a fantasztikus Spider-Man, de valószínűleg nem kevesebb életet fognak megmenteni.