Cette histoire a été racontée dans des milliers de bandes dessinées Marvel, des centaines de séries de dessins animés et plusieurs blockbusters au box-office sur Spider-Man et ses exploits. Seuls les jeux sur le héros ont été créés au moins cinquante, et plus récemment la première du jeu "Spider-Man" du studio Insomniac Games, publié par Sony, qui montre aux téléspectateurs la vie à la fois de Spider-Man et de Peter Parker lui-même.
L'univers Marvel est basé sur une performance fantastique. Dans un monde fantastique, nos lois de la physique ne s'appliquent pas nécessairement, de sorte que les capacités de Spider-Man ne nécessitent pas de preuves scientifiques, bien qu'elles soient basées sur la science et soient une version exagérée de faits scientifiques réels. Selon l'histoire, Peter Parker a acquis ses pouvoirs grâce au venin d'une araignée irradiée. Ils l'ont doté d'une agilité et d'une vitesse surhumaines, d'une réaction et d'une force, et au fil du temps, ont conduit au développement de capacités encore plus impressionnantes, y compris la vision nocturne et un parfum remarquable.
Force des polymères
Le principal avantage de Spider-Man, sans aucun doute, était la possibilité de libérer des fils de toiles d'araignées collantes et incroyablement durables. Si nous ignorons la résistance de l'air et considérons que le «tir» est strictement vertical, alors nous pouvons estimer la vitesse des fils de l'araignée: v = (2gh), c'est-à-dire v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, ou environ 160 km / h. Et bien que ce soit encore moins que la vitesse d'une balle ou du moins d'un son, l'énergie nécessaire pour cela ne peut manquer d'impressionner. Il est difficile d'imaginer comment le corps pourrait l'obtenir sans une source artificielle supplémentaire.
Mais la force des fils de Spider-Man est assez «scientifique»: la toile d'araignée est l'un des polymères les plus puissants de la planète. Sa résistance à la traction est d'environ 1000 MPa et dans le filetage du cadre des araignées Araneus diadematus, elle atteint 2700 MPa. Un tel indicateur est au-delà de la puissance des meilleures nuances d'acier à haute teneur en carbone. Par conséquent, déjà un câble Spider-Man de 3 mm (prenant sa force de 1000 MPa) est capable de supporter une charge de plus de 7000 N et de supporter une charge pesant jusqu'à 720 kg - ou avec le poids d'une personne normale même avec une forte accélération en cas de chute.
La toile d'araignée est sécrétée par des glandes spécialisées à l'arrière de l'abdomen, et le même animal peut avoir plusieurs types de glandes qui créent une toile aux propriétés différentes. Mais dans tous les cas, en termes de composition chimique, il s'agit d'une protéine particulière, très proche de la protéine de soie. Ses chaînes sont riches en glycine (le plus petit des acides aminés, il apporte de la flexibilité aux brins de polymère) et en sérine (le seul acide aminé dans les organismes vivants qui contient du soufre, qui est capable de former des liaisons supplémentaires qui renforcent la forme de la protéine). Et des sections individuelles de la protéine contiennent des quantités exceptionnellement importantes du troisième acide aminé, l'alanine.
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Il semblerait, pourquoi avons-nous besoin de tous ces détails? Cependant, ce sont eux qui créent la microstructure spéciale des protéines de la toile d'araignée-spidroines: les régions d'alanine forment des régions cristallines densément compactées et des régions de glycine - des liaisons élastiques amorphes entre elles. Séchant à l'air, toute la structure durcit et forme un fil à partir duquel l'araignée tisse des parties de sa toile. Ce procédé est difficile, mais néanmoins la synthèse de la nappe est encore plus difficile. Les araignées consacrent tellement de ressources à la production de spidroins qu'elles mangent souvent elles-mêmes des fils anciens et endommagés afin de les réutiliser.
Web extraterrestre
Les tentatives pour «apprivoiser» la toile et l'obtenir en laboratoire, puis à l'échelle industrielle, ne se sont pas arrêtées depuis de nombreuses décennies. Pendant ce temps, il était possible d'identifier et d'isoler le gène de la spidroine des araignées et de le transférer à d'autres organismes. Il est donc aujourd'hui possible d'extraire un polymère protéique non seulement de vers à soie ou d'araignées spécialement cultivés, mais aussi de bactéries E. coli, de plantes génétiquement modifiées de tabac et de pommes de terre, et même de … le lait de chèvre est un animal porteur du gène de la protéine d'araignée. Le principal problème technique dans ce domaine est, en fait, le tissage de fils à partir de cette ressource précieuse.
Les araignées utilisent un système extrêmement complexe de glandes en toile d'araignée: contrairement au même lait, des ongles et des cheveux, ce matériau nécessite un processus de synthèse délicat et uniforme de bijoux. Spidroin doit être libéré à une vitesse lente strictement définie et s'enlacer à un certain moment, étant au stade requis de durcissement. Par conséquent, les glandes de certaines araignées sont extrêmement complexes, contenant plusieurs réservoirs séparés pour la "maturation" séquentielle de la toile et sa formation. Il est même difficile d'imaginer comment Spider-Man pourrait le tisser à une vitesse de 150 km / h. Mais juste pour synthétiser spidroin, l'homme du futur sera tout à fait capable.
Non, rien de tel que les gènes ne se transmet par morsure, que ce soit un animal ordinaire ou même une araignée radioactive. Même le rayonnement "induit" lui-même, qui pourrait persister dans la morsure d'une araignée qui a survécu à un rayonnement dur, est peu susceptible d'atteindre un niveau sérieux pour nous - à moins que son poison ne soit constitué de plutonium pur. Et les "enzymes mutagènes" n'auraient guère donné à Peter Parker les super pouvoirs nécessaires. Pour autant que nous le sachions, de telles personnes n'existent pas dans la nature: notre corps, au contraire, se bat constamment contre des mutations aléatoires, et des armées de protéines entières sont constamment occupées à «réparer» l'ADN endommagé. La suppression du travail de ces protéines augmente le niveau de mutations - mais dans ce cas, Peter Parker, très probablement, mourrait simplement de l'un des cancers, qui sont chargés de mutations aléatoires.
Il n'est guère possible d'obtenir les gènes des protéines de spidroine dont nous avons besoin avec une morsure. Pour ce faire, un certain fragment d'ADN doit non seulement pénétrer dans l'organisme, mais aussi éviter l'attaque du système immunitaire, en pénétrant la membrane cellulaire, puis la membrane nucléaire - et, enfin, s'intégrer dans la région active de certains chromosomes. Il est difficile d'imaginer que cela se soit produit par accident - les virus perfectionnent cette simple compétence depuis des milliards d'années et d'innombrables générations. Par conséquent, ce sont les virus qui peuvent donner l'espoir qu'un jour la science transformera le volontaire de Parker en quelque chose comme un vrai Spider-Man.
Énergie et nanotechnologie
En effet, en 2010, lors de l'obtention de chèvres produisant du lait avec des protéines de toile d'araignée, les scientifiques ont utilisé des virus modifiés pour transférer des gènes. Incapables de nuire à la cellule, ils ont néanmoins conservé la capacité de s'y attacher et de délivrer un analogue artificiel du gène de la spidroine à l'intérieur. À propos, le polymère ainsi obtenu a été tissé dans un matériau extrêmement durable, que Nexia Biotechnologies a promu sous la marque BioSteel, mais le processus de production n'a jamais été porté à un coût et à une échelle économiquement justifiés, de sorte qu'aujourd'hui l'entreprise a fait faillite. Mais nous avons été distraits.
Les fragments d'ADN nécessaires à la synthèse de la spidroine ont été introduits chez des chèvres au stade d'embryons unicellulaires. Par la suite, ces gènes ont été trouvés dans toutes les cellules filles de l'organisme formé, bien que les scientifiques les aient intégrés dans cette partie du génome qui n'était active que dans les cellules engagées dans la synthèse du lait maternel. Si nous voulons transformer Peter Parker en Spider-Man, ce sera beaucoup plus difficile. Premièrement, le gène cible doit apparaître dans les chromosomes d'un organisme adulte, à la fois dans une multitude de cellules formées dans certaines zones de la peau, et partout s'intégrer dans la zone souhaitée.
En théorie, les dernières technologies, qui passent actuellement par différentes étapes d'étude et de tests en laboratoire, peuvent le permettre, ainsi que quelques idées qui restent une question d'avenir plus lointain. En particulier, la méthode CRISPR / Cas améliorée promet une intégration précise des gènes dans les régions souhaitées des chromosomes. Il utilise un ensemble spécial d'enzymes bactériennes et d'ARN pour effectuer des coupes dans un brin d'ADN à un endroit spécifique. Les propres enzymes de la cellule se précipitent immédiatement pour réparer ces dommages artificiels et utilisent le premier «patch» qui arrive - généralement un fragment d'un gène dont les gens ont besoin pour être introduit avec les protéines Cas.
Les rétrovirus peuvent assurer le transport pour la livraison de l'ensemble complet de molécules, comme cela a été fait avec les chèvres. Et la nanotechnologie permettra d'équiper les coquilles de particules virales d'éléments, par exemple, réagissant à un champ magnétique, afin d'activer la modification génique strictement dans les cellules nécessaires de l'adulte Peter Parker. Il est plus difficile d'imaginer comment à partir des cellules de sa peau et, apparemment, des glandes sudoripares et sébacées, il serait possible d'obtenir des glandes arachnoïdes, disposées de manière beaucoup plus complexe et fonctionnant différemment. Mais le métabolisme reste le principal problème.
Comme le vol des oiseaux, le venin de serpent ou le cerveau des humains, la toile est une adaptation étonnamment complexe, un véritable chef-d'œuvre de l'évolution qui a assuré le succès d'un grand groupe d'animaux. Mais le cerveau, le vol, la synthèse des toxines et des toiles d'araignées sont des adaptations extrêmement coûteuses pour le corps. Des expériences avec des parents australiens de vipères ont montré qu'après avoir été mordues, elles doivent augmenter leur taux métabolique de près de 70% afin de rétablir progressivement l'approvisionnement en poison protéique. De combien le métabolisme d'une personne devrait-elle augmenter pour lui permettre de synthétiser des centaines de mètres de corde épaisse? De combien de nourriture a-t-il besoin et combien de calories devrait-il contenir? Il semble que tout ce raisonnement met fin à nos rêves d'un vrai Spider-Man.
Au lieu d'une postface
Même si nous voulons seulement avoir une personne capable de synthétiser petit à petit les toiles d'araignées, l'ajout du gène de la spidroine à Peter Parker ne suffira pas. Les mêmes remarques sont vraies dans notre cas. Nous devrons faire pousser des glandes d'araignée en lui, lui fournir un métabolisme accru, ce qui lui donnera une vitesse, une agilité et un équilibre supplémentaires - et de l'énergie pour la synthèse de la toile. Il est peu probable que cela soit possible dans le cadre de notre corps, et il est peu probable que de telles expériences soient jamais réalisées. Mais la puissance des polymères de toile d'araignée elle-même viendra tôt ou tard à notre service, et nous obtiendrons un nouveau matériau étonnant pour les vêtements lourds et légers, les câbles, la médecine et les optiques sophistiquées. Peut-être que ces produits ne seront pas aussi impressionnants que le fantastique Spider-Man, mais ils ne sauveront probablement pas moins des vies.
