Questa storia è stata raccontata in migliaia di fumetti Marvel, centinaia di serie di cartoni animati e diversi film di successo al botteghino su Spider-Man e le sue imprese. Solo i giochi sull'eroe sono stati creati non meno di cinquanta, e più recentemente la prima del gioco "Spider-Man" dello studio Insomniac Games, pubblicato da Sony, che mostra agli spettatori la vita di Spider-Man e dello stesso Peter Parker.
L'universo Marvel è basato su una performance fantasy. In un mondo fantastico, le nostre leggi della fisica non si applicano necessariamente, quindi le abilità di Spider-Man non richiedono prove scientifiche, sebbene siano basate sulla scienza e siano una versione esagerata di fatti scientifici reali. Secondo la storia, Peter Parker ha acquisito i suoi poteri attraverso il veleno di un ragno irradiato. Lo hanno dotato di agilità e velocità sovrumane, reazione e forza, e nel tempo hanno portato allo sviluppo di abilità ancora più impressionanti, tra cui visione notturna e profumo straordinario.
Forza dei polimeri
Il vantaggio principale di Spider-Man, senza dubbio, era la capacità di rilasciare fili di ragnatele appiccicose e incredibilmente resistenti. Se ignoriamo la resistenza dell'aria e consideriamo il "colpo" strettamente verticale, possiamo stimare la velocità dei fili del ragno: v = (2gh), cioè v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, oppure circa 160 km / h. E sebbene questa sia anche inferiore alla velocità di un proiettile o almeno di un suono, l'energia necessaria per questo non può non impressionare. È difficile immaginare come il corpo possa ottenerlo senza una fonte artificiale aggiuntiva.
Ma la forza dei fili di Spider-Man è abbastanza "scientifica": la ragnatela è uno dei polimeri più forti del pianeta. La sua resistenza alla trazione è di circa 1000 MPa e nella filettatura del telaio dei ragni Araneus diadematus raggiunge 2700 MPa. Un tale indicatore va oltre il potere dei migliori tipi di acciaio ad alto tenore di carbonio. Pertanto, già un cavo Spider-Man da 3 mm (considerando la sua forza di 1000 MPa) è in grado di sopportare un carico di oltre 7000 N e far fronte a un carico fino a 720 kg - o con il peso di una persona normale anche con forte accelerazione in caduta.
La ragnatela è secreta da ghiandole specializzate nella parte posteriore dell'addome e lo stesso animale può avere diversi tipi di ghiandole che creano una rete con proprietà diverse. Ma in ogni caso, in termini di composizione chimica, questa è una proteina speciale, molto vicina alla proteina della seta. Le sue catene sono ricche di glicina (il più piccolo degli amminoacidi, fornisce flessibilità ai filamenti polimerici) e serina (l'unico amminoacido negli organismi viventi che contiene zolfo, che è in grado di formare legami aggiuntivi che rafforzano la forma della proteina). E le singole sezioni della proteina contengono quantità eccezionalmente elevate del terzo amminoacido, l'alanina.
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Sembrerebbe, perché abbiamo bisogno di tutti questi dettagli? Tuttavia, sono loro che creano la speciale microstruttura delle proteine della ragnatela: le regioni di alanina formano regioni cristalline densamente compatte e regioni di glicina - legami amorfi ed elastici tra di loro. Essiccando all'aria, l'intera struttura si indurisce e forma un filo da cui il ragno tesse parti della sua tela. Questo processo è difficile, ma nonostante ciò la sintesi del web è ancora più difficile. I ragni spendono così tante risorse per la produzione di germogli che spesso mangiano essi stessi fili vecchi e danneggiati per riutilizzarli.
Web alieno
I tentativi di "domare" il web e portarlo in laboratorio, e quindi su scala industriale, non si sono fermati da molti decenni. Durante questo periodo, è stato possibile identificare e isolare il gene della spidroina dai ragni e trasferirlo ad altri organismi, quindi oggi è possibile estrarre un polimero proteico non solo da bachi da seta o ragni appositamente coltivati, ma anche da batteri E. coli, piante geneticamente modificate di tabacco e patate e persino da … il latte di capra è animali che portano il gene della proteina del ragno. Il principale problema tecnico in quest'area è, infatti, l'intreccio dei fili di questa preziosa risorsa.
I ragni utilizzano un sistema estremamente complesso di ghiandole della ragnatela: a differenza dello stesso latte, da unghie e capelli, questo materiale necessita di un processo di sintesi di gioielli delicato e uniforme. Spidroin deve essere rilasciato a una bassa velocità strettamente definita e intrecciarsi in un determinato momento, trovandosi nella fase di indurimento richiesta. Pertanto, le ghiandole di alcuni ragni sono estremamente complesse, contenenti diversi serbatoi separati per la "maturazione" sequenziale della rete e la sua formazione. È difficile persino immaginare come Spider-Man possa tesserlo a una velocità di 150 km / h. Ma solo sintetizzare lo spidroin sarà abbastanza capace del futuro uomo.
No, niente come i geni viene trasmesso con i morsi, che si tratti di un normale animale o anche di un ragno radioattivo. Anche la stessa radiazione "indotta", che avrebbe potuto persistere nel morso di un ragno sopravvissuto a radiazioni intense, è improbabile che possa raggiungere un livello che è serio per noi - a meno che il suo veleno non fosse costituito da plutonio puro. E difficilmente gli "enzimi mutageni" avrebbero dato a Peter Parker i superpoteri necessari. Per quanto ne sappiamo, queste persone non esistono in natura: il nostro corpo, al contrario, combatte costantemente contro mutazioni casuali e interi eserciti di proteine sono costantemente impegnati a "riparare" il DNA danneggiato. La soppressione del lavoro di queste proteine aumenta il livello delle mutazioni, ma in questo caso, Peter Parker, molto probabilmente, morirebbe semplicemente per uno dei tumori, che sono pieni di mutazioni casuali.
È quasi impossibile ottenere i geni delle proteine spidroina di cui abbiamo bisogno con un morso. Per fare ciò, un certo frammento di DNA non deve solo entrare nel corpo, ma anche evitare l'attacco del sistema immunitario, mentre penetra nella membrana cellulare, quindi nella membrana nucleare - e, infine, integrarsi nella regione attiva di qualche cromosoma. È difficile immaginare che ciò sia accaduto per caso: i virus hanno affinato questa semplice abilità per miliardi di anni e innumerevoli generazioni. Pertanto, sono i virus che possono dare speranza che un giorno la scienza trasformerà il volontario di Parker in qualcosa di simile a un vero Spider-Man.
Energia e nanotecnologia
Infatti, nel 2010, quando sono state ottenute capre che producono latte con proteine di ragnatela, gli scienziati hanno utilizzato virus modificati per trasferire i geni. Incapaci di danneggiare la cellula, hanno comunque mantenuto la capacità di attaccarsi ad essa e fornire un analogo artificiale del gene della spidroina all'interno. A proposito, il polimero ottenuto in questo modo è stato tessuto in un materiale estremamente resistente, che Nexia Biotechnologies ha promosso con il marchio BioSteel, ma il processo di produzione non è mai stato portato a un costo e una scala economicamente giustificati, quindi oggi l'azienda è fallita. Ma ci siamo distratti.
I frammenti di DNA necessari per la sintesi della spidroina sono stati introdotti nelle capre allo stadio di embrioni unicellulari. Successivamente, questi geni sono stati trovati in tutte le cellule figlie dell'organismo formato, sebbene gli scienziati li abbiano integrati in quella parte del genoma che era attiva solo nelle cellule impegnate nella sintesi del latte materno. Se vogliamo trasformare Peter Parker in Spider-Man, sarà molto più difficile. In primo luogo, il gene bersaglio deve apparire nei cromosomi di un organismo adulto, contemporaneamente in una moltitudine di cellule formate in determinate aree della pelle e integrarsi ovunque nell'area desiderata.
In teoria, le ultime tecnologie, che ora stanno attraversando varie fasi di studio e prove di laboratorio, possono consentirlo, più alcune idee che rimangono una questione di un futuro più lontano. In particolare, il metodo CRISPR / Cas migliorato promette un'integrazione precisa dei geni nelle regioni dei cromosomi desiderate. Utilizza una serie speciale di enzimi batterici e RNA per eseguire tagli in un filamento di DNA in una posizione specifica. Gli enzimi della cellula si affrettano immediatamente a riparare questo danno artificiale e usano il primo "cerotto" che arriva - di solito un frammento di un gene che le persone hanno bisogno di essere introdotto insieme alle proteine Cas.
I retrovirus possono fornire il trasporto per la consegna dell'intero set di molecole, come è stato fatto con le capre. E la nanotecnologia consentirà di dotare i gusci delle particelle virali di elementi, ad esempio, che reagiscono a un campo magnetico, al fine di attivare la modificazione genica strettamente nelle cellule necessarie dell'adulto Peter Parker. È più difficile immaginare come dalle cellule della sua pelle e, a quanto pare, dalle ghiandole sudoripare e sebacee, si possano ottenere ghiandole aracnoidee, disposte in modo molto più complesso e funzionanti in modo diverso. Ma il metabolismo rimane il problema principale.
Come il volo degli uccelli, il veleno di serpente o il cervello degli umani, il web è un adattamento incredibilmente complesso, un vero capolavoro dell'evoluzione che ha assicurato il successo di un grande gruppo di animali. Ma il cervello, il volo e la sintesi di tossine e ragnatele sono adattamenti estremamente costosi per il corpo. Esperimenti con parenti australiani di vipere hanno dimostrato che dopo essere state morse, devono aumentare il loro tasso metabolico di quasi il 70% per ripristinare gradualmente l'apporto di veleno proteico. Quanto dovrebbe aumentare il metabolismo di una persona per poter sintetizzare centinaia di metri di corda di tela spessa? Di quanto cibo ha bisogno e quanto alto in calorie dovrebbe essere? Sembra che tutto questo ragionamento metta fine ai nostri sogni di un vero Spider-Man.
Invece di una postfazione
Anche se vogliamo solo ottenere una persona in grado di sintetizzare le ragnatele a poco a poco, aggiungere il gene spidroin a Peter Parker non sarà sufficiente. Le stesse osservazioni valgono nel nostro caso. Dovremo far crescere le ghiandole del ragno in lui, fornirgli un metabolismo aumentato, che gli darà ulteriore velocità, agilità ed equilibrio - ed energia per la sintesi della rete. È improbabile che ciò sia possibile nell'ambito del nostro corpo ed è improbabile che tali esperimenti vengano mai eseguiti. Ma il potere stesso dei polimeri della ragnatela prima o poi arriverà al nostro servizio e otterremo un nuovo straordinario materiale per indumenti pesanti e leggeri, cavi, medicinali e ottiche sofisticate. Forse, tali prodotti non sembreranno così impressionanti come il fantastico Spider-Man, ma probabilmente salveranno vite non meno.
