Den här berättelsen har berättats i tusentals Marvel-serier, hundratals tecknad serier och flera block-office-blockbuster om Spider-Man och hans exploater. Endast spel om hjälten skapades minst femtio, och senast premiären på spelet "Spider-Man" från studion Insomniac Games, publicerad av Sony, som visar tittarna livet för både Spider-Man och Peter Parker själv.
Marvel Universe är baserat på en fantasiföreställning. I en fantasivärld gäller våra fysiska lagar inte nödvändigtvis, så förmågan hos Spider-Man kräver inte vetenskapliga bevis, även om de är baserade på vetenskap och är en överdriven version av verkliga vetenskapliga fakta. Enligt berättelsen förvärvade Peter Parker sina krafter genom giftet av en bestrålad spindel. De förtjänade honom med övermänsklig smidighet och snabbhet, reaktion och styrka och ledde med tiden till ännu mer imponerande förmågor, inklusive nattsyn och anmärkningsvärd doft.
Polymerernas styrka
Den största fördelen med Spider-Man, utan tvekan, var förmågan att släppa trådar av klibbiga och otroligt hållbara spindelbanor. Om vi ignorerar luftmotståndet och anser att "skottet" är strikt vertikalt, kan vi uppskatta hastigheten på spindeltrådarna: v = (2gh), det vill säga v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, eller cirka 160 km / h. Och även om detta är ännu mindre än hastigheten på en kula eller åtminstone ett ljud, kan den energi som krävs för detta inte misslyckas med att imponera. Det är svårt att föreställa sig hur kroppen kunde få den utan en extra artificiell källa.
Men styrkan i Spider-Mans trådar är ganska "vetenskaplig": spindelbanan är en av de starkaste polymererna på planeten. Dess draghållfasthet är cirka 1000 MPa, och i ramtråden för Araneus diadematus spindlar når den 2700 MPa. En sådan indikator ligger utanför kraften hos de bästa kvaliteten på högkolstål. Därför kan redan en 3 mm Spider-Man-kabel (med sin styrka som 1000 MPa) tåla en belastning på mer än 7000 N och hantera en last som väger upp till 720 kg - eller med vikten av en normal person även med stark acceleration i fall.
Spindelbanan utsöndras av specialiserade körtlar på baksidan av buken, och samma djur kan ha flera typer av körtlar som skapar en bana med olika egenskaper. Men i alla fall när det gäller kemisk sammansättning är detta ett speciellt protein, mycket nära silkeprotein. Dess kedjor är rika på glycin (den minsta av aminosyrorna, den ger flexibilitet till polymersträngarna) och serin (den enda aminosyran i levande organismer som innehåller svavel, som kan bilda ytterligare bindningar som stärker proteinets form). Och enskilda delar av proteinet innehåller exceptionellt stora mängder av den tredje aminosyran, alanin.
Kampanjvideo:
Det verkar, varför behöver vi alla dessa detaljer? Men det är de som skapar den speciella mikrostrukturen av spindelvävsproteiner-spidroins: alaninregioner bildar tätt packade kristallina regioner, och glycinregioner - amorfa, elastiska bindningar mellan dem. Torkar i luften härdar hela strukturen och bildar en tråd från vilken spindeln väver delar av sin bana. Denna process är svår, men ändå är webbsyntesen ännu svårare. Spindlar spenderar så många resurser på produktion av spidroins att de ofta äter gamla och skadade trådar själva för att återanvända dem.
Främmande webb
Försök att "temma" webben och få den i laboratoriet och sedan i industriell skala har inte slutat på många decennier. Under denna tid var det möjligt att identifiera och isolera spidroingenen från spindlar och överföra den till andra organismer, så idag är det möjligt att utvinna en proteinpolymer inte bara från speciellt odlade silkesmaskar eller spindlar, utan också från E. coli-bakterier, genetiskt modifierade växter av tobak och potatis, och till och med från … getmjölk är djur som bär spindelproteingenen. Det huvudsakliga tekniska problemet inom detta område är faktiskt vävning av trådar från denna värdefulla resurs.
Spindlar använder ett extremt komplext system av spindelvävskörtlar: till skillnad från samma mjölk, från naglar och hår, behöver detta material en delikat, till och med smyckesyntesprocess. Spidroin måste frisläppas med en strikt definierad låg hastighet och vikas ihop vid ett visst ögonblick, i befintligt hårdningsstadium. Därför är körtlarna hos vissa spindlar extremt komplexa och innehåller flera separata behållare för den sekventiella "mognaden" av banan och dess bildning. Det är svårt att föreställa sig hur Spider-Man kunde väva det med en hastighet av 150 km / h. Men bara för att syntetisera spidroin kommer framtidens man vara ganska kapabel.
Nej, ingenting som gener överförs med bett, vare sig det är ett vanligt djur eller till och med en radioaktiv spindel. Till och med den "inducerade" strålningen i sig, som kan fortsätta i biten av en spindel som överlevde hård strålning, kommer troligtvis inte att kunna nå en allvarlig nivå för oss - såvida inte dess gift bestod av rent plutonium. Och "mutagena enzymer" skulle knappast ha gett Peter Parker de nödvändiga supermakterna. Så vitt vi existerar finns det inte sådana människor i naturen: vår kropp kämpar tvärtom ständigt mot slumpmässiga mutationer, och hela proteinharmon är ständigt upptagna med att "reparera" skadat DNA. Undertryckning av arbetet med dessa proteiner ökar graden av mutationer - men i detta fall skulle Peter Parker, troligen, helt enkelt dö av en av cancer, som är full av slumpmässiga mutationer.
Det är knappast möjligt att få gener av spidroinproteiner vi behöver med en bit. För att göra detta måste ett visst DNA-fragment inte bara komma in i kroppen, utan också undvika attacken av immunsystemet, samtidigt som det penetrerar cellmembranet, sedan kärnmembranet - och slutligen integreras i den aktiva regionen i någon kromosom. Det är svårt att föreställa sig att detta inträffade av misstag - virus har använt denna enkla färdighet i miljarder år och otaliga generationer. Därför är det virus som kan ge hopp om att vetenskaper en dag kommer att förvandla Parkers volontär till något som en riktig Spider-Man.
Energi och nanoteknologi
Under 2010, när getter erhölls som producerar mjölk med spindelvävsproteiner, använde forskare faktiskt modifierade virus för att överföra gener. Om de inte kunde skada cellen behöll de ändå förmågan att fästa vid den och leverera en konstgjord analog av spidroingenen inuti. Förresten, den på detta sätt erhållna polymeren vävdes in i ett extremt hållbart material, som Nexia Biotechnologies främjade under varumärket BioSteel, men produktionsprocessen fördes aldrig till en ekonomiskt motiverad kostnad och skala, så idag har företaget gått i konkurs. Men vi blev distraherade.
De DNA-fragment som var nödvändiga för syntesen av spidroin infördes i getter i skedet av enhjuliga embryon. Därefter hittades dessa gener i alla dotterceller i den bildade organismen, även om forskare integrerade dem i den del av genomet som endast var aktivt i celler som var engagerade i syntesen av modersmjölken. Om vi vill förvandla Peter Parker till Spider-Man blir det mycket svårare. Först måste målgenen förekomma i kromosomerna hos en vuxen organism, på en gång i en mängd bildade celler i vissa hudområden och överallt integreras i det önskade området.
I teorin kan den senaste tekniken, som nu genomgår olika stadier av studier och laboratorietester, tillåta detta, plus några idéer som återstår en fråga om en mer avlägsen framtid. I synnerhet lovar den förbättrade CRISPR / Cas-metoden exakt integration av gener i de önskade områdena av kromosomer. Den använder en speciell uppsättning bakteriella enzymer och RNA för att göra skärningar i en DNA-sträng på en specifik plats. Cellens egna enzymer rusar omedelbart för att reparera denna konstgjorda skada och använder den första "lappen" som följer med - vanligtvis ett fragment av en gen som människor behöver införas tillsammans med Cas-proteinerna.
Retrovirus kan tillhandahålla transport för leverans av hela uppsättningen molekyler, som har gjorts med getter. Och nanoteknologi kommer att göra det möjligt att utrusta skal från virala partiklar med element, till exempel reagera på ett magnetfält för att aktivera genmodifiering strikt i de nödvändiga cellerna hos den vuxna Peter Parker. Det är svårare att föreställa sig hur det från cellerna i hans hud och, till synes, från svett- och sebaceous-körtlarna skulle vara möjligt att få araknoida körtlar, ordnade mycket mer komplexa och fungera annorlunda. Men metabolism är fortfarande det största problemet.
Liksom fågelns flykt, ormgiften eller människors hjärnor är webben en otroligt komplex anpassning, ett verkligt mästerverk av evolution som har säkerställt framgången för en stor grupp djur. Men hjärnan och flykten och syntesen av gifter och spindelnät är anpassningar som är extremt dyra för kroppen. Experiment med australiska släktingar av huggormar har visat att efter att ha blivit bitna måste de öka sin metabolism med nästan 70% för att gradvis återställa tillgången på proteingift. Hur mycket ska en persons ämnesomsättning öka för att han ska syntetisera hundratals meter tjockt nätrep? Hur mycket mat behöver han och hur mycket kalorier bör det vara? Det verkar som att allt detta resonemang tar slut på våra drömmar om en riktig Spider-Man.
I stället för ett efterord
Även om vi bara vill få en person som kan syntetisera spindelnät lite efter lite, kommer det inte att räcka med spidroingenen till Peter Parker. Samma kommentarer gäller i vårt fall. Vi måste växa spindelkörtlar i honom, förse honom med en ökad ämnesomsättning, vilket kommer att ge honom ytterligare snabbhet, smidighet och balans - och energi för syntesen av webben. Det är osannolikt att detta är möjligt inom ramen för vår kropp, och det är osannolikt att sådana experiment någonsin kommer att genomföras. Men kraften hos spindelvävspolymerer kommer förr eller senare att komma till vår tjänst, och vi kommer att få ett nytt fantastiskt material för tunga och lätta kläder, kablar, för medicin och sofistikerad optik. Kanske kommer sådana produkter inte att se lika imponerande ut som den fantastiska Spider-Man, men de kommer förmodligen att rädda liv inte mindre.
