Как е подреден Спайдърмен и могат ли да се появят свръхчовеци в бъдеще?

Marvel Universe се базира на фантастично представяне. Във фентъзи света нашите закони на физиката не се прилагат непременно, така че способностите на Спайдърмен не изискват научни доказателства, въпреки че са базирани на науката и са хиперболична версия на реални научни факти. Според историята, Питър Паркър придобил способностите си чрез отровата на облъчен паяк. Те го надариха със свръхчовек сръчност и бързина, реакция и сила и с течение на времето доведоха до развитието на още по-впечатляващи способности, включително нощно виждане и прекрасен аромат.

Полимерна здравина

Основното предимство на Spider-Man, безспорно, беше способността да произвежда нишки от лепкави и невероятно издръжливи паяжини. Ако пренебрегнем въздушното съпротивление и считаме „изстрела“ строго вертикален, тогава можем да преценим скоростта на бягство на паяжините: v = (2gh), тоест v = (2 * 9, 8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, или около 160 км / ч И въпреки че това е дори по-малко от скоростта на куршум или поне звук, енергията, която е необходима за това, не може да не впечатли. Трудно е да си представим как тялото би могло да го получи без допълнителен изкуствен източник.

Но силата на нишките на Спайдърмен е доста „научна“: паяжината е един от най-силните полимери на планетата. Якостта му на опън е от порядъка на 1000 MPa, а за рамковата нишка на паяците Araneus diadematus достига 2700 MPa. Такъв показател е извън силата на най-добрите марки от високо въглеродна стомана. Следователно, вече 3-мм кабел на Spider-Man (приемайки силата му за 1000 MPa) е в състояние да издържи натоварване над 7000 N и да се справи с товар до 720 кг - или с теглото на нормален човек, дори и при силно ускорение през есента.

Мрежата от паякообразни се секретира от специализирани жлези в задната част на корема и едно и също животно може да има няколко вида жлези, които създават паяжина с различни свойства. Но във всеки случай химическият състав е специален протеин, много близък до протеина от коприна. Веригите му са богати на глицин (най-малката от аминокиселини, той осигурява гъвкавост на полимерните нишки) и серин (единствената аминокиселина на живите организми, съдържаща сяра, която е в състояние да образува допълнителни връзки, които укрепват формата на протеина). И отделните участъци от протеина съдържат изключително много трета аминокиселина, аланин.

Изглежда, защо се нуждаем от всички тези подробности? Те обаче са тези, които създават специалната микроструктура на паяковите протеини от паяк: аланиновите региони образуват плътно опаковани кристални региони, а глициновите региони образуват аморфни, еластични връзки между тях. Изсушавайки се във въздуха, цялата структура се втвърдява и образува нишка, от която паякът тъче части от мрежата си. Процесът е труден, но въпреки това синтезът на мрежата е още по-труден. Паяците харчат толкова много ресурси за производство на скоростин, че често сами изяждат стари и повредени конци, за да ги използват повторно.

Извънземна мрежа

Опитите да „опитомят“ мрежата и да я получат в лабораторията, а след това в индустриален мащаб, не спират от много десетилетия. През това време беше възможно да се идентифицират и изолират гена на спидроина от паяци и да се прехвърлят към други организми, така че днес е възможно протеиновият полимер да се получи не само от специално отглеждани копринени буби или паяци, но и от бактерии E. coli, генетично модифицирани тютюневи и картофени растения и дори от ... животни от козе мляко, които носят гена на паяк протеин. Основният технически проблем в тази област остава всъщност тъкането на нишки от този ценен ресурс.

Паяците използват изключително сложна система от паячни жлези: за разлика от същото мляко, от ноктите и косата, този материал се нуждае от деликатен, равномерен процес на синтез на бижута. Spidroin трябва да се освободи със строго определена ниска скорост и да се преплита в определен момент, като е в желания етап на втвърдяване. Следователно жлезите на някои паяци са изключително сложни, съдържащи няколко отделни резервоари за последователното „узряване“ на паяжината и нейното формиране. Трудно е да си представим как Спайдърмен би могъл да я тъче със скорост от 150 км / ч. Но просто синтезирането на spidroin на човека на бъдещето ще бъде доста способно.

Не, нищо подобно на гени не се предава с ухапвания, било то обикновено животно или дори радиоактивен паяк. Дори и самото „индуцирано“ лъчение, което би могло да оцелее при ухапването на паяк, който е преживял тежката радиация, е малко вероятно да достигне сериозно ниво за нас, ако само неговата отрова не се състои от чист плутоний. А „мутагенни ензими“ трудно биха дали на Питър Паркър необходимите суперсили. Доколкото знаем, те не съществуват в природата: нашето тяло, напротив, непрекъснато се бори срещу случайни мутации и цели протеинови армии са постоянно заети да „поправят“ повредената ДНК. Потискането на работата на тези протеини повишава нивото на мутациите, но дори и в този случай Питър Паркър, най-вероятно, просто би умрял от някое от онкологичните заболявания, които са изпълнени със случайни мутации.

Малко вероятно е да уловим с ухапването гените, които ни трябват за спироинови протеини. За да направите това, определен фрагмент от ДНК трябва не само да влезе в тялото, но и да избегне атаката на имунната система, в същото време да проникне в клетъчната мембрана, след това в обвивката на ядрото и, накрая, да се интегрира в активното място на някаква хромозома. Трудно е да си представим, че това би се случило случайно - вирусите са хонирали това просто умение в продължение на милиарди години и безброй поколения. Следователно именно вирусите могат да дадат надежда, че някой ден науката ще превърне доброволецът Паркър в нещо като истински Спайдърмен.

Енергетика и нанотехнологии

В действителност през 2010 г., когато са произведени кози, които произвеждат мляко с паякови протеини, учените използват модифицирани вируси за прехвърляне на гени. Неспособни да навредят на клетката, те въпреки това запазиха способността да се прикрепят към нея и да доставят вътре изкуствен аналог на гена на спидроина. Между другото, полученият по този начин полимер беше успян да бъде втъкан в изключително издръжлив материал, който Nexia Biotechnologies промотира под търговската марка BioSteel, но производственият процес така и не се доведе до икономически обосновани разходи и мащаби, така че компанията днес фалира. Но бяхме разсеяни.

ДНК фрагменти, необходими за синтеза на спидроин, бяха въведени в козите на етапа на едноклетъчните ембриони. Впоследствие тези гени бяха открити във всички дъщерни клетки на образувания организъм, въпреки че учените ги интегрираха в онази част от генома, която беше активна само в клетки, участващи в синтеза на майчиното мляко. Ако искаме да превърнем Питър Паркър в Спайдърмен, ще ни е много по-трудно. Първо, целевият ген трябва да бъде в хромозомите на вече възрастен организъм, веднага в набора от формирани клетки в определени участъци от кожата и да бъде интегриран навсякъде в желаната област.

Теоретично най-новите технологии, които в момента преминават през различни етапи на проучване и лабораторни тестове, могат да позволят това, плюс някои идеи, които остават въпрос на по-далечното бъдеще. По-специално, усъвършенстваният метод CRISPR / Cas обещава точното интегриране на гените в желаните хромозомни региони. Той използва специален набор от бактериални ензими и РНК, които осигуряват въвеждането на разрези в нишката на ДНК на строго определено място. Ензимите на собствените клетки незабавно се втурват да поправят това изкуствено увреждане и използват първия „пластир“, който се появи - обикновено фрагмент от гена, който хората имат нужда от протеините Cas.

Ретровирусите могат да осигурят превозни средства за доставяне на пълен набор от молекули, както беше направено с козите. А нанотехнологиите ще позволят снабдяването на обвивките на вирусни частици с елементи, например, които реагират на магнитно поле, за да се активира генетичната модификация строго в необходимите клетки на възрастния Питър Паркър. По-трудно е да си представим как от клетките на кожата му и, очевидно, от потните и мастните жлези, би било възможно да се получат паяци, подредени много по-сложно и работещи по различен начин. Но основният проблем остава метаболизмът.

Подобно на полета на птици, змийска отрова или мозъците на хората, мрежата е изненадващо сложна адаптация, истински шедьовър на еволюцията, гарантираща успех на огромна група животни. Но мозъкът, и полетът, и синтезът на токсини и паяжини са адаптации, които са изключително скъпи за организма. Експерименти с австралийски роднини на пепелянки показват, че след ухапване те трябва да увеличат метаболизма си с почти 70%, за да възстановят постепенно доставката на протеинова отрова. Колко трябва да се повиши метаболизмът на човека, така че той да синтезира стотици метра дебело въже от паяжина? Колко храна ще му трябва и колко калории трябва да бъде? Изглежда, че всички тези разсъждения поставят граница на мечтите ни за истинския Спайдърмен.

Вместо следсловие

Дори ако искаме да намерим само човек, който е в състояние да синтезира малко мрежите, въвеждането на гена на speedroin в Питър Паркър няма да е достатъчно. Същите забележки са верни и в нашия случай. Ще трябва да отглеждаме паякови жлези от него, да осигурим засилен метаболизъм, което ще осигури допълнителна скорост, сръчност и баланс - и енергия за синтеза на мрежата. Малко вероятно е това да е възможно в рамките на нашето тяло и е малко вероятно такива експерименти някога да бъдат проведени. Но сама по себе си силата на паяковите полимери рано или късно ще ни дойде в услуга и ще получим нов невероятен материал за тежкотоварни и леки дрехи, кабели, за медицина и сложна оптика. Може би такива продукти няма да изглеждат толкова впечатляващи, колкото фантастичния Спайдърмен, но със сигурност ще спасят живота не по-малко.

Виртуален герой

Официалният старт на видеоиграта Spider-Man се състоя на 7 септември. За разлика от всички предишни игри за Spider-Man, той ви позволява не само да побеждавате врагове в образа на любимия си супергерой и описва не само един епизод от живота му на супергерой. Insomniac Games специално създадоха сюжет, който ще се хареса на феновете на Spider-Man.

погледнете отново
  • Момичета и коли: всички розови автомобили на „Моделите на годината“ Playboy 11
  • Wilson Combat: най-красивите обичайни „пушки“ 26
  • Крила за победа: плакати на британската авиация от 1940 г. 6
  • Рекламни плакати на автомобилни компании от 1910-1930 г. 12
  • Рекламни снимки на съветски трактори: "Трактороекспорт" 10
  • Рекламни снимки на съветски автомобили: Автоекспорт 12

Играта Spider-Man ще бъде първата в тази серия, която ви позволява да почувствате себе си в тялото както на Питър Паркър, така и на Spider-Man, използвайки цялата сила на лепкавите и издръжливи паяжини - и такива иновации като parkour и много невероятни "функции", интегрирани във фантастичния костюм на героя (включително способността да създавате свои собствени холографски копия). Действието се развива във виртуален Ню Йорк, в отворен свят, където играчът не е ограничен в движение и действие, изследвайки опасния и завладяващ свят на Вселената на Спайдърмен.

Препоръчано

30% отстъпка от абонамента!
2019
Змийският робот се научи да се изкачва по стълбите: грандиозно изкачване
2019
Ангорски заек: най-интересните факти
2019