Dit verhaal is verteld in duizenden Marvel-strips, honderden tekenfilmseries en verschillende kaskrakers over Spider-Man en zijn heldendaden. Alleen games over de held zijn gemaakt van minstens vijftig, en meest recentelijk de première van het spel "Spider-Man" van de studio Insomniac Games, uitgegeven door Sony, die kijkers het leven van zowel Spider-Man als Peter Parker zelf laat zien.
Het Marvel-universum is gebaseerd op een fantasievoorstelling. In een fantasiewereld zijn onze natuurkundige wetten niet noodzakelijkerwijs van toepassing, dus de capaciteiten van Spider-Man vereisen geen wetenschappelijk bewijs, hoewel ze gebaseerd zijn op wetenschap en een overdreven versie zijn van echte wetenschappelijke feiten. Volgens het verhaal heeft Peter Parker zijn krachten verworven door het
Sterkte van polymeren
Het belangrijkste voordeel van Spider-Man was ongetwijfeld het vermogen om draden van kleverige en ongelooflijk duurzame spinnenwebben los te maken. Als we de luchtweerstand negeren en de 'opname' als strikt verticaal beschouwen, kunnen we de snelheid van de draden van de spin schatten: v = (2 gh), dat wil zeggen v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, of ongeveer 160 km / u. En hoewel dit zelfs minder is dan de snelheid van een kogel of in ieder geval een geluid, maakt de energie die hiervoor nodig is indruk. Het is moeilijk voor te stellen hoe het lichaam het zou kunnen verkrijgen zonder een extra kunstmatige bron.
Maar de kracht van de draden van Spider-Man is nogal "wetenschappelijk": het spinnenweb is een van de sterkste polymeren ter wereld. De treksterkte is ongeveer 1000 MPa en in de framedraad van Araneus diadematus-spinnen bereikt het 2700 MPa. Zo'n indicator valt buiten de kracht van de beste kwaliteiten koolstofstaal. Daarom is een Spider-Man-kabel van 3 mm (met een sterkte van 1000 MPa) al in staat om een belasting van meer dan 7000 N te weerstaan en een last tot 720 kg aan te kunnen - of het gewicht van een normaal persoon, zelfs met een sterke versnelling bij een val.
Het spinnenweb wordt afgescheiden door gespecialiseerde klieren in de achterkant van de buik, en hetzelfde dier kan verschillende soorten klieren hebben die een web met verschillende eigenschappen creëren. Maar in elk geval, in termen van chemische samenstelling, is dit een speciaal eiwit, heel dicht bij zijde-eiwit. De ketens zijn rijk aan glycine (de kleinste van de aminozuren, het geeft flexibiliteit aan de polymeerstrengen) en serine (het enige aminozuur in levende organismen dat zwavel bevat, dat in staat is om extra bindingen te vormen die de vorm van het eiwit versterken). En individuele secties van het eiwit bevatten uitzonderlijk grote hoeveelheden van het derde aminozuur, alanine.
Promotie video:
Het lijkt erop, waarom hebben we al deze details nodig? Zij zijn het echter die de speciale microstructuur van spinnenwebeiwitten-spidroïnen creëren: alaninegebieden vormen dicht opeengepakte kristallijne gebieden en glycinegebieden - amorfe, elastische bindingen tussen hen. Drogen in de lucht, de hele structuur hardt uit en vormt een draad waaruit de spin delen van zijn web weeft. Dit proces is moeilijk, maar desalniettemin is de synthese van het web nog moeilijker. Spinnen besteden zoveel middelen aan de productie van spidroins dat ze vaak zelf oude en beschadigde draden opeten om ze opnieuw te gebruiken.
Buitenaards web
Pogingen om het web te "temmen" en het in het laboratorium te krijgen, en vervolgens op industriële schaal, zijn al decennia lang niet gestopt. Gedurende deze tijd was het mogelijk om het spidroïne-gen van spinnen te identificeren en te isoleren en het over te dragen aan andere organismen, zodat het tegenwoordig mogelijk is om een eiwitpolymeer te extraheren, niet alleen uit speciaal gekweekte zijderupsen of spinnen, maar ook uit E. coli-bacteriën, genetisch gemodificeerde tabaks- en aardappelplanten, en zelfs uit … Geitenmelk zijn dieren die het gen spin-eiwit dragen. Het belangrijkste technische probleem op dit gebied is in feite het weven van draden uit deze waardevolle hulpbron.
Spinnen gebruiken een extreem complex systeem van spinnenwebklieren: in tegenstelling tot dezelfde melk, van nagels en haar, heeft dit materiaal een delicaat, gelijkmatig syntheseproces voor sieraden nodig. Spidroin moet met een strikt gedefinieerde lage snelheid worden losgelaten en op een bepaald moment verstrengelen, in de vereiste hardingsfase. Daarom zijn de klieren van sommige spinnen buitengewoon complex en bevatten ze verschillende afzonderlijke reservoirs voor de opeenvolgende "rijping" van het web en zijn vorming. Het is moeilijk voor te stellen hoe Spider-Man het zou kunnen weven met een snelheid van 150 km / u. Maar alleen al om spidroïne te synthetiseren, zal de man van de toekomst heel capabel zijn.
Nee, niets zoals genen wordt overgedragen met beten, of het nu een gewoon dier is of zelfs een radioactieve spin. Zelfs de "geïnduceerde" straling zelf, die zou kunnen aanhouden in de beet van een spin die harde straling heeft overleefd, zal voor ons waarschijnlijk geen serieus niveau bereiken - tenzij het gif ervan uit puur plutonium bestond. En "mutagene enzymen" zouden Peter Parker nauwelijks de nodige superkrachten hebben gegeven. Zover we weten, bestaan zulke mensen niet in de natuur: ons lichaam daarentegen vecht constant tegen willekeurige mutaties, en hele legers van eiwitten zijn constant bezig met het "repareren" van beschadigd DNA. Onderdrukking van het werk van deze eiwitten verhoogt het aantal mutaties - maar in dit geval zou Peter Parker hoogstwaarschijnlijk gewoon sterven aan een van de kankers, die beladen zijn met willekeurige mutaties.
Het is nauwelijks mogelijk om de genen van spidroïne-eiwitten die we nodig hebben met een hapje te krijgen. Om dit te doen, moet een bepaald DNA-fragment niet alleen het lichaam binnendringen, maar ook de aanval van het immuunsysteem vermijden, terwijl het het celmembraan en vervolgens het kernmembraan binnendringt - en ten slotte integreren in het actieve gebied van een of ander chromosoom. Het is moeilijk voor te stellen dat dit per ongeluk is gebeurd - virussen hebben deze eenvoudige vaardigheid miljarden jaren en talloze generaties aangescherpt. Daarom zijn het virussen die hoop kunnen geven dat de wetenschap op een dag de vrijwilliger van Parker in zoiets als een echte Spider-Man zal veranderen.
Energie en nanotechnologie
Inderdaad, in 2010, toen geiten werden verkregen die melk produceren met spinnenwebeiwitten, gebruikten wetenschappers gemodificeerde virussen om genen over te dragen. Omdat ze de cel niet konden beschadigen, behielden ze toch het vermogen om eraan te hechten en een kunstmatige analoog van het spidroïne-gen binnenin af te leveren. Overigens werd het op deze manier verkregen polymeer geweven tot een extreem duurzaam materiaal, dat Nexia Biotechnologies promootte onder het handelsmerk BioSteel, maar het productieproces werd nooit op een economisch verantwoorde prijs en schaal gebracht, dus vandaag is het bedrijf failliet gegaan. Maar we raakten afgeleid.
De DNA-fragmenten die nodig zijn voor de synthese van spidroïne werden in geiten geïntroduceerd in het stadium van eencellige embryo's. Vervolgens werden deze genen gevonden in alle dochtercellen van het gevormde organisme, hoewel wetenschappers ze integreerden in dat deel van het genoom dat alleen actief was in cellen die zich bezighouden met de synthese van moedermelk. Als we Peter Parker in Spider-Man willen veranderen, zal het veel moeilijker zijn. Ten eerste moet het doelgen verschijnen in de chromosomen van een volwassen organisme, tegelijk in een veelvoud van gevormde cellen in bepaalde delen van de huid, en overal integreren in het gewenste gebied.
In theorie kunnen de nieuwste technologieën, die nu verschillende stadia van studie en laboratoriumtests doorlopen, dit mogelijk maken, plus enkele ideeën die een kwestie van de verre toekomst blijven. Met name de verbeterde CRISPR / Cas-methode belooft nauwkeurige integratie van genen in de gewenste regio's van chromosomen. Het gebruikt een speciale set bacteriële enzymen en RNA om op een specifieke locatie in een DNA-streng te snijden. De eigen enzymen van de cel haasten zich onmiddellijk om deze kunstmatige schade te herstellen en gebruiken de eerste "patch" die langs komt - meestal een fragment van een gen dat mensen samen met de Cas-eiwitten moeten introduceren.
Retrovirussen kunnen, zoals bij geiten, het transport van de hele set moleculen verzorgen. En nanotechnologie zal het mogelijk maken om de schillen van virale deeltjes uit te rusten met elementen die bijvoorbeeld reageren op een magnetisch veld, om genmodificatie strikt in de noodzakelijke cellen van de volwassen Peter Parker te activeren. Het is moeilijker voor te stellen hoe het uit de cellen van zijn huid en blijkbaar uit het zweet en de talgklieren mogelijk zou zijn om arachnoïde klieren te verkrijgen, die veel complexer zijn gerangschikt en anders werken. Maar metabolisme blijft het grootste probleem.
Net als de vlucht van vogels, slange
In plaats van een nawoord
Zelfs als we alleen iemand willen krijgen die beetje bij beetje spinnenwebben kan synthetiseren, zal het toevoegen van het spidroïne-gen aan Peter Parker niet voldoende zijn. Dezelfde opmerkingen zijn waar in ons geval. We zullen spinklieren in hem moeten laten groeien, hem een verhoogd metabolisme moeten geven, wat hem extra snelheid, behendigheid en balans zal geven - en energie voor de synthese van het web. Het is onwaarschijnlijk dat dit mogelijk is binnen het raamwerk van ons lichaam, en het is onwaarschijnlijk dat dergelijke experimenten ooit zullen worden uitgevoerd. Maar de kracht van spinnenwebpolymeren zelf zal vroeg of laat tot onze dienst komen en we zullen een nieuw geweldig materiaal krijgen voor zware en lichte kleding, kabels, voor medicijnen en geavanceerde optica. Misschien zullen dergelijke producten er niet zo indrukwekkend uitzien als de fantastische Spider-Man, maar ze zullen waarschijnlijk niet minder levens redden.