Seda lugu on räägitud tuhandetes Marveli koomiksites, sadades koomiksiseeriates ja mitmetes piletikassades, mis käsitlevad Ämblikmeest ja tema ärakasutamist. Ainult kangelase kohta käivaid mänge loodi vähemalt viiskümmend ja viimati esilinastus Sony poolt stuudios Insomniac Games mängitud mäng "Ämblikmees", mis näitab vaatajatele nii Ämblikmehe kui ka Peter Parkeri elu.
Marveli universum põhineb fantaasiaetendusel. Fantaasiamaailmas ei kohaldata tingimata meie füüsikaseadusi, seega ei vaja Ämblikmehe võimed teaduslikke tõendeid, ehkki need põhinevad teadusel ja on reaalsete teaduslike faktide liialdatud versioon. Jutu järgi omandas Peter Parker oma võimed kiiritatud ämbliku mürgi kaudu. Nad varustasid teda üliinimliku agility ja kiiruse, reaktsiooni ja jõuga ning viisid aja jooksul veelgi muljetavaldavamate võimete arenemiseni, sealhulgas öise nägemise ja imelise lõhna.
Polümeeride tugevus
Spider-Mani peamine eelis oli kahtlemata võime kleepuvate ja uskumatult vastupidavate ämblikuvõrkude niidid vabastada. Kui ignoreerime õhutakistust ja peame „lasku“rangelt vertikaalseks, siis võime hinnata ämbliku keermete kiirust: v = (2gh), see tähendab, v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s või umbes 160 km / h. Ja kuigi see on isegi väiksem kui kuuli kiirus või vähemalt heli, ei saa selleks vajalik energia muljet avaldada. Raske on ette kujutada, kuidas keha saaks seda täiendava kunstliku allikata hankida.
Kuid Spider-Mani niitide tugevus on üsna "teaduslik": ämblikuvõrk on planeedi üks tugevamaid polümeere. Selle tõmbetugevus on umbes 1000 MPa ja Araneus diadematus ämblike raami keermes ulatub see 2700 MPa-ni. Selline indikaator on kõrgete süsinikusisaldusega terase parimate klasside võimest üle. Seetõttu suudab juba 3 mm Spider-Man kaabel (mille tugevus on 1000 MPa) vastu pidada rohkem kui 7000 N koormusele ja tulla toime koormusega, mis kaalub kuni 720 kg - või tavalise inimese raskusega, isegi tugeva kiirendusega sügisel.
Ämblikuvõrku sekreteerivad spetsiaalsed näärmed kõhu tagaosas ja samal loomal võib olla mitut tüüpi näärmeid, mis loovad erinevate omadustega veebi. Kuid igal juhul on see keemilise koostise osas eriline valk, mis on siidivalgule väga lähedal. Selle ahelad on rikkad glütsiini (aminohapetest väikseim, see tagab polümeersetele ahelatele paindlikkuse) ja seriini (elusorganismide ainus väävel sisaldav aminohape, mis on võimeline moodustama täiendavaid sidemeid, mis tugevdavad valgu kuju). Ja valgu üksikud lõigud sisaldavad erakordselt suures koguses kolmandat aminohapet, alaniini.
Reklaamvideo:
Näib, miks me vajame kõiki neid üksikasju? Kuid just nemad loovad ämblikuvõrkude valkude-spidroiinide spetsiaalse mikrostruktuuri: alaniini piirkonnad moodustavad tihedalt pakitud kristalsed piirkonnad ja glütsiini piirkonnad - nende vahel amorfsed, elastsed sidemed. Õhus kuivades kogu konstruktsioon kõveneb ja moodustab niidi, millest ämblik koob oma veebi osi. See protsess on keeruline, kuid sellegipoolest on veebi süntees veelgi raskem. Ämblikud kulutavad spidroiinide tootmiseks nii palju ressursse, et söövad sageli vanu ja kahjustatud niidid ise nende taaskasutamiseks.
Võõras veeb
Katsed veebi "taltsutada" ja seda laborisse saada ning seejärel tööstuslikus plaanis pole mitu aastakümmet peatunud. Selle aja jooksul oli võimalik spidroiini geeni ämblikest tuvastada ja isoleerida ning teistele organismidele üle kanda, seega on tänapäeval võimalik valgupolümeeri ekstraheerida mitte ainult spetsiaalselt kasvatatud siidiussidest või ämblikest, vaid ka E. coli bakteritest, tubaka ja kartuli geneetiliselt muundatud taimedest ning isegi … kitsepiim on loomad, kes kannavad ämblikvalgu geeni. Selle valdkonna peamine tehniline probleem on tegelikult niitide kudumine sellest väärtuslikust ressursist.
Ämblikud kasutavad ämblikuvõrkude äärmiselt keerulist süsteemi: erinevalt samast piimast, alates küüntest ja juustest, vajab see materjal õrna, ühtlast ehete sünteesi. Spidroin tuleb vabastada rangelt määratletud väikesel kiirusel ja põimida teatud hetkel, olles nõutavas kõvenemisetapis. Seetõttu on mõne ämbliku näärmed äärmiselt keerukad, sisaldades mitu eraldi reservuaari veebi järjestikuseks "küpsemiseks" ja selle moodustamiseks. Raske on isegi ette kujutada, kuidas Spider-Man suudaks seda punuda kiirusega 150 km / h. Kuid lihtsalt spidroiini sünteesimiseks on tulevikumees üsna võimekas.
Ei, hammustustega ei edastata midagi sellist nagu geenid, olgu see siis tavaline loom või isegi radioaktiivne ämblik. Isegi "indutseeritud" kiirgus ise, mis võinuks püsida kõva kiirgust üle elanud ämbliku hammustuses, ei suuda tõenäoliselt jõuda meie jaoks tõsisele tasemele - välja arvatud juhul, kui selle mürk koosnes puhtast plutooniumist. Ja "mutageensed ensüümid" poleks vaevalt andnud Peter Parkerile vajalikke suurriike. Meile teadaolevalt selliseid inimesi looduses ei eksisteeri: vastupidi, meie keha võitleb pidevalt juhuslike mutatsioonide vastu ja terved valguarmeed on pidevalt hõivatud kahjustatud DNA "parandamisega". Nende valkude mahasurumine suurendab mutatsioonide taset - kuid sel juhul sureks Peter Parker tõenäoliselt kõige vähkkasvajasse, mis on täis juhuslikke mutatsioone.
Vaevalt on võimalik vajalike spidroiinvalkude geene hammustusega saada. Selleks peab teatud DNA fragment mitte ainult kehasse sisenema, vaid vältima ka immuunsussüsteemi rünnakut, tungides samal ajal rakumembraani, siis tuumamembraani - ja lõpuks integreeruma mõne kromosoomi aktiivsesse piirkonda. On raske ette kujutada, et see juhtus juhuslikult - viirused on seda lihtsat oskust lihvinud miljardeid aastaid ja lugematu arv põlvkondi. Seetõttu võivad viirused anda lootust, et ühel päeval muudab teadus Parkeri vabatahtlikust tõelise Spider-Mani moodi.
Energia ja nanotehnoloogia
Tõepoolest, 2010. aastal, kui saadi kitsed, kes toodavad piima koos ämblikuvõrkude valkudega, kasutasid teadlased geenide ülekandmiseks modifitseeritud viirusi. Kuna need ei suutnud rakku kahjustada, säilitasid nad siiski võime selle külge kinnituda ja kohale toimetada spidroiini geeni kunstliku analoogi. Muide, sel viisil saadud polümeer oli kootud äärmiselt vastupidavaks materjaliks, mida Nexia Biotechnologies reklaamis kaubamärgi BioSteel all, kuid tootmisprotsess ei viinud kunagi majanduslikult õigustatud kulude ja mastaabini, nii et täna on ettevõte pankrotti läinud. Kuid olime häiritud.
Spidroiini sünteesiks vajalikud DNA fragmendid viidi kitsedesse üherakuliste embrüote staadiumis. Hiljem leiti neid geene kõigis moodustunud organismi tütarrakkudes, ehkki teadlased integreerisid need genoomi sellesse ossa, mis oli aktiivne ainult emapiima sünteesi tegevates rakkudes. Kui tahame muuta Peter Parkeri Ämblikmeheks, on see palju raskem. Esiteks peab sihtgeen sisalduma täiskasvanud organismi kromosoomides, paljudes naha teatud piirkondades moodustatud rakkudes ja integreeruma kõikjale soovitud piirkonda.
Teoreetiliselt saavad seda lubada uusimad tehnoloogiad, mis läbivad praegu erinevaid õppe- ja laboratoorseid katseetappe, lisaks mõned ideed, mis jäävad kaugemasse tulevikku. Täpsemalt lubab täiustatud CRISPR / Cas meetod geenide täpset integreerimist soovitud kromosoomipiirkondadesse. See kasutab spetsiaalset bakteriaalsete ensüümide komplekti ja RNA-d, et lõigata DNA ahelat konkreetses kohas. Raku enda ensüümid kiirustavad seda kunstlikku kahjustust kohe parandama ja kasutavad esimest kaasas olevat "plaastrit" - tavaliselt fragmenti geenist, mille inimesed peavad sisse viima koos Cas-valkudega.
Retroviirused võivad pakkuda transporti kogu molekulikomplekti kohaletoimetamiseks, nagu on tehtud kitsedega. Ja nanotehnoloogia võimaldab viiruseosakeste kesta varustada elementidega, näiteks reageerides magnetväljale - selleks, et aktiveerida täiskasvanu Peter Parkeri vajalikes rakkudes rangelt geenimuundamine. Raskem on ette kujutada, kuidas tema naharakkudest ja ilmselt ka higi- ja rasunäärmetest oleks võimalik saada arahnoidsed näärmed, mis on paigutatud palju keerukamalt ja töötavad erinevalt. Kuid peamine probleem on endiselt ainevahetus.
Nagu lindude lend, madu mürk või inimeste aju, on ka ämblikuvõrk üllatavalt keeruline kohanemine, tõeline evolutsiooni meistriteos, mis on taganud suure loomarühma edu. Kuid aju ja lend ning toksiinide ja ämblikuvõrkude süntees on kohandamine, mis on keha jaoks äärmiselt kallis. Katsed Austraalia rästikute sugulastega on näidanud, et pärast hammustamist peavad nad suurendama oma ainevahetuse kiirust peaaegu 70%, et järk-järgult taastada valgumürkide pakkumine. Kui palju peaks inimese ainevahetus suurenema, et ta sünteesiks sadu meetreid paksu võrgutrossi? Kui palju toitu ta vajab ja kui palju kaloreid peaks see olema? Näib, et kõik need mõttekäigud teevad lõpu meie unistustele tõelisest Ämblikmehest.
Järelsõna asemel
Isegi kui tahame vaid sellist inimest, kes suudab ämblikuvõrke vähehaaval sünteesida, ei piisa spidroiini geeni lisamisest Peter Parkerile. Samad märkused kehtivad ka meie puhul. Peame temas kasvama ämbliknäärmeid, pakkuma talle suurenenud ainevahetust, mis annab talle täiendava kiiruse, paindlikkuse ja tasakaalu - ja energia veebi sünteesiks. On ebatõenäoline, et see on meie keha raames võimalik, ja on ebatõenäoline, et selliseid katseid kunagi läbi viiakse. Kuid ämblikuvõrkpolümeeride jõud ise jõuab varem või hiljem meie teenistusse ja me saame uue suurepärase materjali raskete ja kergete rõivaste, kaablite, meditsiini ja keeruka optika jaoks. Võib-olla ei näe sellised tooted nii muljetavaldavad kui fantastiline Spider-Man, kuid tõenäoliselt päästavad nad siiski elusid.
