Denne historie er blevet fortalt i tusinder af Marvel-tegneserier, hundreder af tegneserieserier og adskillige box-office blockbusters om Spider-Man og hans udbytter. Kun spil om helten blev skabt mindst halvtreds, og senest blev premieren på spillet "Spider-Man" fra studiet Insomniac Games, udgivet af Sony, der viser seerne livet for både Spider-Man og Peter Parker selv.
Marvel Universe er baseret på en fantasiforestilling. I fantasiverdenen gælder vores fysiske love ikke nødvendigvis, så evnerne hos Spider-Man kræver ikke videnskabelig bevis, selvom de er baseret på videnskab og er en overdrevet version af ægte videnskabelige fakta. Ifølge historien erhvervede Peter Parker sine kræfter gennem giften af en bestrålet edderkop. De gav ham overmenneskelig smidighed og hurtighed, reaktion og styrke, og med tiden førte han til udvikling af endnu mere imponerende evner, herunder nattesyn og vidunderlig duft.
Polymerers styrke
Den største fordel ved Spider-Man var utvivlsomt muligheden for at frigive tråde med klæbrige og utroligt holdbare edderkoppebaner. Hvis vi ignorerer luftmodstanden og betragter "skuddet" strengt lodret, kan vi estimere hastigheden af edderkoppens gevind: v = (2gh), det vil sige v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, eller ca. 160 km / t. Og selvom dette er endnu mindre end hastigheden på en kugle eller i det mindste en lyd, kan den energi, der kræves til dette, ikke undgå at imponere. Det er vanskeligt at forestille sig, hvordan kroppen kunne få det uden en yderligere kunstig kilde.
Men styrken af Spider-Man's tråde er ganske "videnskabelig": edderkoppens væv er en af de stærkeste polymerer på planeten. Dets trækstyrke er omkring 1000 MPa, og i rammetråden af Araneus diadematus edderkopper når den 2700 MPa. En sådan indikator er uden for kraften i de bedste kvaliteter af højt kulstofstål. Derfor er et 3 mm Spider-Man-kabel (der tager sin styrke som 1000 MPa) allerede i stand til at modstå en belastning på mere end 7000 N og klare en belastning, der vejer op til 720 kg - eller med en normal persons vægt, selv med stærk acceleration i et fald.
Edderkoppebanen udskilles af specialiserede kirtler bagpå maven, og det samme dyr kan have flere typer kirtler, der skaber en bane med forskellige egenskaber. Men under alle omstændigheder, hvad angår kemisk sammensætning, er dette et specielt protein, meget tæt på silkeprotein. Dens kæder er rige på glycin (den mindste af aminosyrerne, den giver polymerstrengene fleksibilitet) og serin (den eneste aminosyre i levende organismer, der indeholder svovl, som er i stand til at danne yderligere bindinger, der styrker proteinets form). Og individuelle sektioner af proteinet indeholder usædvanligt store mængder af den tredje aminosyre, alanin.
Salgsfremmende video:
Det ser ud til, hvorfor har vi brug for alle disse detaljer? Imidlertid er det dem, der skaber den specielle mikrostruktur af edderkop-proteiner-spidroins: alanine regioner danner tætpakket krystallinske regioner, og glycinregioner - amorfe, elastiske bindinger imellem dem. Tørring i luften hærder hele strukturen og danner en tråd, hvorfra edderkoppen væver dele af sin bane. Denne proces er vanskelig, men syntese af nettet er alligevel endnu vanskeligere. Edderkopper bruger så mange ressourcer på produktion af spidroins, at de ofte spiser gamle og beskadigede tråde selv for at genbruge dem.
Fremmed web
Forsøg på at "temme" internettet og få det i laboratoriet og derefter i industriel skala er ikke stoppet i mange årtier. I løbet af denne tid var det muligt at identificere og isolere spidroin-genet fra edderkopper og overføre det til andre organismer, så det er i dag muligt at udvinde en proteinpolymer ikke kun fra specielt dyrkede silkeorme eller edderkopper, men også fra E. coli-bakterier, genetisk modificerede planter af tobak og kartofler, og endda fra … gedemælk er dyr, der bærer edderkopproteinet. Det største tekniske problem på dette område er faktisk vævning af tråde fra denne værdifulde ressource.
Edderkopper bruger et ekstremt komplekst system af spindelvevskirtler: i modsætning til den samme mælk, fra negle og hår, har dette materiale brug for en delikat, endda smykkesynteseproces. Spidroin skal frigives med en strengt defineret lav hastighed og flettes i et bestemt øjeblik, idet det er i det krævede stadium af hærdning. Derfor er kirtlerne i nogle edderkopper ekstremt komplekse og indeholder adskillige separate reservoirer til den sekventielle "modning" af banen og dens dannelse. Det er svært at forestille sig, hvordan Spider-Man kunne væve det i en hastighed på 150 km / t. Men bare for at syntetisere spidroin vil fremtidens mand være ret kapabel.
Nej, intet som gener overføres med bid, det være sig et almindeligt dyr eller endda en radioaktiv edderkop. Selv den "inducerede" stråling i sig selv, som kunne have vedvaret i bidet af en edderkop, der overlevede hård stråling, er usandsynligt, at den kan nå et niveau, der er alvorligt for os - medmindre dens gift bestod af rent plutonium. Og "mutagene enzymer" ville næppe have givet Peter Parker de nødvendige supermagter. Så vidt vi ved, findes sådanne mennesker ikke i naturen: vores krop tværtimod kæmper konstant mod tilfældige mutationer, og hele proteinhær er konstant travlt med at "reparere" beskadiget DNA. Undertrykkelse af disse proteiner øger mutationsniveauet - men i dette tilfælde ville Peter Parker, sandsynligvis, simpelthen dø af nogle af de kræftformer, der er fyldt med tilfældige mutationer.
Det er næppe muligt at få generne af spidroinproteiner, vi har brug for, med en bid. For at gøre dette må et bestemt DNA-fragment ikke kun komme ind i kroppen, men også undgå angrebet af immunsystemet, mens det trænger igennem cellemembranen, derefter den nukleare membran - og til sidst integreres i det aktive område af et eller andet kromosom. Det er svært at forestille sig, at dette skete ved en fejltagelse - vira har i mange milliarder af år og utallige generationer fordrevet denne enkle færdighed. Derfor er det vira, der kan give håb om, at videnskab en dag vil forvandle Parkers frivillige til noget som en rigtig Spider-Man.
Energi og nanoteknologi
Faktisk, i 2010, da geder blev opnået, der producerer mælk med edderkopwebproteiner, brugte forskere modificerede vira til at overføre gener. De kunne ikke skade cellen, men de bevarede ikke desto mindre evnen til at fastgøre den og levere en kunstig analog af spidroingenet indeni. Forresten, den opnåede polymer blev vævet i et ekstremt holdbart materiale, som Nexia Biotechnologies fremmede under varemærket BioSteel, men produktionsprocessen blev aldrig bragt til en økonomisk retfærdig omkostning og skala, så i dag er virksomheden gået konkurs. Men vi blev distraherede.
De DNA-fragmenter, der var nødvendige til syntese af spidroin, blev introduceret i geder på trinnet med encellede embryoner. Efterfølgende blev disse gener fundet i alle datterceller i den dannede organisme, skønt forskere integrerede dem i den del af genomet, der kun var aktivt i celler, der var involveret i syntesen af modermælken. Hvis vi ønsker at gøre Peter Parker til Spider-Man, vil det være meget sværere. Først skal målgenet forekomme i kromosomerne i en voksen organisme, på en gang i et væld af dannede celler i bestemte områder af huden og overalt integreres i det ønskede område.
I teorien kan de nyeste teknologier, der nu gennemgår forskellige stadier af undersøgelser og laboratorieundersøgelser, tillade dette, plus nogle ideer, der forbliver et spørgsmål om en fjernere fremtid. Især lover den forbedrede CRISPR / Cas-metode en nøjagtig integration af gener i de ønskede områder af kromosomer. Det bruger et specielt sæt af bakterielle enzymer og RNA til at foretage nedskæringer i en DNA-streng på et specifikt sted. Celleens egne enzymer skynder sig straks at reparere denne kunstige skade og bruger den første "plaster", der følger med - normalt et fragment af et gen, som mennesker skal introduceres sammen med Cas-proteinerne.
Retrovirus kan levere transport til levering af hele sæt molekyler, som det er gjort med geder. Og nanoteknologi vil gøre det muligt at udstyre skaller af virale partikler med elementer, for eksempel reagere på et magnetfelt for at aktivere genmodificering strengt i de nødvendige celler fra den voksne Peter Parkers voksne. Det er vanskeligere at forestille sig, hvordan det fra cellerne i hans hud og tilsyneladende fra sved- og talgkirtlerne ville være muligt at få arachnoide kirtler, arrangeret meget mere komplekst og arbejde anderledes. Men stofskifte er stadig det største problem.
Ligesom fuglernes flugt, slangegift eller menneskers hjerner er nettet en forbløffende kompleks tilpasning, et ægte mesterværk af evolution, der har sikret succes for en stor gruppe af dyr. Men hjernen og flyvningen og syntesen af toksiner og spindelvev er tilpasninger, der er ekstremt dyre for kroppen. Eksperimenter med australske slægtsdyr af vipers har vist, at de, efter at have været bidt, skal øge deres stofskifte med næsten 70% for gradvist at genoprette forsyningen med proteingif. Hvor meget skal en persons stofskifte øges for at han kan syntetisere hundreder af meter tykt nettetov? Hvor meget mad har han brug for, og hvor mange kalorier skal det være? Det ser ud til, at al denne ræsonnement sætter en stopper for vores drømme om en rigtig Spider-Man.
I stedet for et efterord
Selv hvis vi kun ønsker at få en person, der kan syntetisere spindelvev lidt efter lidt, vil det ikke være nok at tilføje spidroin-genet til Peter Parker. De samme bemærkninger gælder i vores tilfælde. Vi bliver nødt til at dyrke edderkoppekirtler i ham, give ham en forøget stofskifte, hvilket vil give ham yderligere hastighed, smidighed og balance - og energi til syntesen af nettet. Det er usandsynligt, at dette er muligt inden for rammerne af vores krop, og det er usandsynligt, at sådanne eksperimenter nogensinde vil blive udført. Men kraften fra edderkop-polymerer i sig selv før eller senere kommer til vores tjeneste, og vi får et nyt fantastisk materiale til tunge og lette tøj, kabler, til medicin og kompleks optik. Måske vil sådanne produkter ikke se så imponerende ud som den fantastiske Spider-Man, men de vil sandsynligvis redde liv ikke mindre.