Σιωπηλή και ακάματη, υφαίνει αδιάκοπα τον ιστό της εδώ και 300 εκατομμύρια χρόνια. Είναι η πιο αρχαία «Πηνελόπη» του πλανήτη, η αράχνη, η ξαδέρφη του σκορπιού. Εχει 40.000 διαπιστωμένη είδη της πάνω στη Γη, μοιρασμένα σε 109 «φαμίλιες». Από αυτά, μόνο ένα είδος είναι φυτοφάγο. Τα υπόλοιπα στήνουν νυχθημερόν τις δικτυωτές παγίδες τους, πιάνοντας κάθε απρόσεκτο ιπτάμενο έντομο. Ουσιαστικά θα όφειλε να θεωρείται το πιο ευεργετικό για τον άνθρωπο ζώο, καθώς όχι μόνο τον απαλλάσσει καθημερινά από μύγες και κουνούπια αλλά και του δίδαξε πώς να ψαρεύει! Αντ΄ αυτού... όλοι γνωρίζουμε την απέχθεια του σύγχρονου ανθρώπου γι΄ αυτούς τους εισβολείς κάθε γωνιάς και οροφής.
Το δίχτυ της αράχνης ήταν ανέκαθεν ένα μυστήριο: Πώς μπορούσε ένα τόσο μικροσκοπικό πλάσμα να βγάζει από τα σωθικά του τόσα μέτρα κολλώδους ουσίας, να την πλέκει σε δίχτυ και να το μπαλώνει, χωρίς ποτέ να μπερδεύονται οι ίνες μεταξύ τους; Και έπειτα... πώς μπορούσε αυτό το πανάλαφρο υλικό να αντιστέκεται στην πρόσκρουση μεγάλων εντόμων και να τα εγκλωβίζει; Για τους πιο παρατηρητικούς, το μυστήριο γινόταν ακόμη μεγαλύτερο όταν διεπίστωναν την αβάσταχτη ελαφρότητα αυτού του υλικού: Εκτοξεύοντας μία μόνο σταγόνα στον αέρα, οι αράχνες γραπώνονται από αυτήν και τη χρησιμοποιούν ως... αλεξίπτωτο. Με ελάχιστο αεράκι, μπορούν και μετακινούνται κάποια μέτρα. Με ανοδικό ρεύμα αέρα ταξιδεύουν ακόμη και χιλιόμετρα!
Η ουσία που εκκρίνει η αράχνη δεν είναι άλλη από το γνωστό μας μετάξι. Οι Κινέζοι, πριν από 5.000 χρόνια, έκαναν την ευτυχή ανακάλυψη ότι την ίδια ουσία εκκρίνει και η λευκή κάμπια της μουριάς- ο γνωστός μας μεταξοσκώληκας- για να υφάνει το κουκούλι του. Η μετατροπή αυτής της κάμπιας σε «κατοικίδιο», η επεξεργασία των κουκουλιών και η ύφανση με το νήμα τους μεταξωτών υφασμάτων επέφεραν τη δημιουργία του πρώτου «Διαδικτύου» στον πλανήτη, του «Δρόμου του Μεταξιού», που ένωνε την Κίνα με την Κωνσταντινούπολη. Οι μογγόλοι εισβολείς της Κίνας ανακάλυψαν και την πρώτη στρατιωτική χρήση του μεταξιού: Τα πουκάμισα από τέτοιο ύφασμα, φορεμένα κατάσαρκα, ήταν ο πιο αποτελεσματικός θώρακας απέναντι στα βέλη του εχθρού. Το μετάξι εισχωρούσε μεν μαζί με την αιχμή στη σάρκα, αλλά επέτρεπε την εξαγωγή της χωρίς αυτή να «γαντζώσει».
Οι σύγχρονοι μελετητές του μεταξιού έχουν πλέον επιμετρήσει τις αρετές αυτού του μοναδικού υλικού και μάλιστα έχουν διαπιστώσει ότι το μετάξι της αράχνης είναι ποιοτικά πολύ ανώτερο από εκείνο του μεταξοσκώληκα: Η σκληρότητά του είναι περίπου πέντε φορές μεγαλύτερη από εκείνη του κοινού ατσαλιού, είναι δύο φορές πιο ελαστικό από το νάιλον, είναι ανθεκτικότερο από το Κevlar, έχει πυκνότητα μικρότερη από εκείνη του βαμβακιού και είναι αδιάβροχο. Οσο για το βάρος του... το νήμα μεταξιού αράχνης που θα χρειαζόταν για να τυλίξει όλον τον πλανήτη θα ζύγιζε μόλις μισό κιλό! Και όλα αυτά με πρώτη ύλη λίγη πρωτεΐνη και νερό. Τίποτε το σπάνιο και τίποτε το τοξικό. Αν μπορούσαμε να έχουμε αυτό το υλικό σε αφθονία, θα μπορούσαμε να κατασκευάζουμε από χειρουργικά νήματα και συνθετικά οστά ως αλεξίσφαιρους θώρακες και αλεξίπτωτα με πάχος χιλιοστού, ή άθραυστες οπτικές ίνες, όλα πανάλαφρα και ανθεκτικά. Το κυριότερο: φιλικά στους έμβιους ιστούς και βιοδιασπώμενα.
Εύλογο ήταν ότι οι επιστήμονες θα άρχιζαν να ονειρεύονται τη στιγμή που θα μπορούσαν να αναπαραγάγουν αυτές τις αρετές με κάποιο τεχνητό μετάξι. Το δοκίμασαν αλλά απέτυχαν παταγωδώς να πάρουν τις ίδιες ιδιότητες με συνθετικό τρόπο. Προσπάθησαν τότε να «καλλιεργήσουν» αράχνες, όπως έκαναν οι Κινέζοι με τους μεταξοσκώληκες. Απέτυχαν, διότι οι υφάντρες αυτές έχουν την τάση να... τρώει η μία την άλλη όταν βρίσκονται στην ίδια γειτονιά! Στη συνέχεια μίσθωσαν ιθαγενείς της Μαλαισίας, επί τέσσερα χρόνια, να ανεβαίνουν στα τηλεγραφόξυλα, να πιάνουν αράχνες και να τις... αρμέγουν. Κατάφεραν να μαζέψουν μόλις 1,2 κιλά αραχνομεταξιού (τα οποία έκαναν ύφασμα που εκτίθεται τώρα στο Αmerican Νatural Ηistory Μuseum). Επειτα, το 1996, σκέφθηκαν τη λύση των «μεταλλαγμένων»: Πήραν γονίδια αράχνης και μπόλιασαν με αυτά βακτήρια, όπως το Εscherichia coli. Η ελπίδα ήταν ότι τα μεταλλαγμένα βακτήρια θα αναπαράγονταν και θα έφτιαχναν αποικίες «παραγωγής αραχνομεταξιού».
Δυστυχώς, μικρή η επιτυχία. Η ουσία που έβγαζαν τα βακτήρια δεν είχε τις ιδιότητες της αυθεντικής. Οπότε, κάτι τους διέφευγε, κάτι έκανε η αράχνη που δεν το είχαν εντοπίσει. Οπως τώρα γνωρίζουμε, το μετάξι του ιστού της αράχνης διαφέρει από εκείνο του κουκουλιού του μεταξοσκώληκα στο ότι το πρώτο αποτελείται από στιβάδες κρυσταλλικής αλανίνης [αμινοξύ α-amino, με τον χημικό τύπο CΗ3CΗ(ΝΗ2)CΟΟΗ], ενώ το δεύτερο από εναλλασσόμενα στρώματα αλινίνης-γλυκίνης και γλυκίνης-αλανίνης (όπου η γλυκίνη είναι πρωτεϊνογενετικό αμινοξύ με τον χημικό τύπο ΝΗ2CΗ2CΟΟΗ). Αρα, το μυστικό δεν κρύβεται σε κάποια πιο εξωτική ουσία, αλλά στο πώς ακριβώς δομούνται οι στιβάδες της αλανίνης.
Ας ξαναδούμε αυτό το απίστευτο πλάσμα, την αράχνη: Μολονότι ανατομικά είναι το απλούστερο των εντόμων (ούτε καν κινεί τα πόδια της με μυς- τα κινεί υδραυλικά!), διαθέτει έξι διαφορετικούς αδένες για την παραγωγή της ουσίας σε υγρή μορφή και άλλο ένα σετ οργάνων για τη διαμόρφωσή της σε κλωστή. Αυτός ο δεύτερος «οργανικός μηχανισμός» λειτουργεί περίπου όπως το κομπρεσέρ μιας μηχανής καφέ εσπρέσο: Εκτοξεύει ριπές της ουσίας, με συγκεκριμένο ρυθμό.
Το μυστικό της εσπρεσομηχανής αποκαλύφθηκε μόλις εφέτος, στις 15 Φεβρουαρίου, από τα πορίσματα μελέτης που δημοσίευσε στο Βiophysical Journal ομάδα ερευνητών του γερμανικού Ινστιτούτου Θεωρητικών Σπουδών της Χαϊδελβέργης, υπό τη δρα FraukeGrater. Κατά τη δημοσίευση, η κλωστή του ιστού της αράχνης απαρτίζεται από δύο δομικά στοιχεία, ένα μαλακό και άμορφο και ένα ισχυρό και κρυσταλλικό. Το άμορφο μέρος είναι αυτό που προσδίδει ελαστικότητα στο μετάξι και ανακατανέμει τις καταπονήσεις. Το άξιον απορίας είναι ότι αυτό το άμορφο υλικό βασίζεται σε δεσμούς υδρογόνου, που είναι από 100 ως και 1.000 φορές πιο ασθενείς από τους μεταλλικούς δεσμούς του ατσαλιού ή εκείνους του Κevlar. Πώς τα καταφέρνει η αράχνη να δημιουργεί τόσο καλύτερα «αμορτισέρ» με τόσο ταπεινά υλικά;
Η απάντηση της δρος Grater ήταν η εξής: «Μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστήδιαπιστώσαμε ότι μια διάταξη εν σειρά σε δίσκους των κρυσταλλικών και των άμορφων υπομονάδων ξεπερνούσε σε επιδόσεις κάθε τυχαία ή παράλληλη διαστρωμάτωση. Επομένως, έχουμε τώρα ένα νέο δομικό μοντέλο για το μετάξι».
Μια απίστευτη λοιπόν τελειότητα, που προκύπτει από τον κατάλληλο συνδυασμό «ριπών» των αδένων της αράχνης, μέσα από το οργανικό κομπρεσέρ της! Μια τελειότητα που επήλθε έπειτα από εκατομμύρια χρόνια «ριπών» στο εργαστήρι της φύσης, για να καταλήξει τώρα συνταγή στα χέρια μας. Μια συνταγή που σύντομα θα μεθερμηνευθεί σε γονίδια για μανιτάρια, φυτά, ακόμη και κατσίκες, που θα παράγουν για μας το μετάξι που τόσο πεισματάρικα κρατούσε η αράχνη για τον εαυτό της. Και ύστερα... θα γίνει σπρέι στα σουπερμάρκετ για μυγοχάφτες και κουνουποφάγους, ή «γόμωση αντλίας για ακινητοποίηση διαδηλωτών». Νενικήκαμεν!
tovima.gr
Το δίχτυ της αράχνης ήταν ανέκαθεν ένα μυστήριο: Πώς μπορούσε ένα τόσο μικροσκοπικό πλάσμα να βγάζει από τα σωθικά του τόσα μέτρα κολλώδους ουσίας, να την πλέκει σε δίχτυ και να το μπαλώνει, χωρίς ποτέ να μπερδεύονται οι ίνες μεταξύ τους; Και έπειτα... πώς μπορούσε αυτό το πανάλαφρο υλικό να αντιστέκεται στην πρόσκρουση μεγάλων εντόμων και να τα εγκλωβίζει; Για τους πιο παρατηρητικούς, το μυστήριο γινόταν ακόμη μεγαλύτερο όταν διεπίστωναν την αβάσταχτη ελαφρότητα αυτού του υλικού: Εκτοξεύοντας μία μόνο σταγόνα στον αέρα, οι αράχνες γραπώνονται από αυτήν και τη χρησιμοποιούν ως... αλεξίπτωτο. Με ελάχιστο αεράκι, μπορούν και μετακινούνται κάποια μέτρα. Με ανοδικό ρεύμα αέρα ταξιδεύουν ακόμη και χιλιόμετρα!
Η ουσία που εκκρίνει η αράχνη δεν είναι άλλη από το γνωστό μας μετάξι. Οι Κινέζοι, πριν από 5.000 χρόνια, έκαναν την ευτυχή ανακάλυψη ότι την ίδια ουσία εκκρίνει και η λευκή κάμπια της μουριάς- ο γνωστός μας μεταξοσκώληκας- για να υφάνει το κουκούλι του. Η μετατροπή αυτής της κάμπιας σε «κατοικίδιο», η επεξεργασία των κουκουλιών και η ύφανση με το νήμα τους μεταξωτών υφασμάτων επέφεραν τη δημιουργία του πρώτου «Διαδικτύου» στον πλανήτη, του «Δρόμου του Μεταξιού», που ένωνε την Κίνα με την Κωνσταντινούπολη. Οι μογγόλοι εισβολείς της Κίνας ανακάλυψαν και την πρώτη στρατιωτική χρήση του μεταξιού: Τα πουκάμισα από τέτοιο ύφασμα, φορεμένα κατάσαρκα, ήταν ο πιο αποτελεσματικός θώρακας απέναντι στα βέλη του εχθρού. Το μετάξι εισχωρούσε μεν μαζί με την αιχμή στη σάρκα, αλλά επέτρεπε την εξαγωγή της χωρίς αυτή να «γαντζώσει».
Οι σύγχρονοι μελετητές του μεταξιού έχουν πλέον επιμετρήσει τις αρετές αυτού του μοναδικού υλικού και μάλιστα έχουν διαπιστώσει ότι το μετάξι της αράχνης είναι ποιοτικά πολύ ανώτερο από εκείνο του μεταξοσκώληκα: Η σκληρότητά του είναι περίπου πέντε φορές μεγαλύτερη από εκείνη του κοινού ατσαλιού, είναι δύο φορές πιο ελαστικό από το νάιλον, είναι ανθεκτικότερο από το Κevlar, έχει πυκνότητα μικρότερη από εκείνη του βαμβακιού και είναι αδιάβροχο. Οσο για το βάρος του... το νήμα μεταξιού αράχνης που θα χρειαζόταν για να τυλίξει όλον τον πλανήτη θα ζύγιζε μόλις μισό κιλό! Και όλα αυτά με πρώτη ύλη λίγη πρωτεΐνη και νερό. Τίποτε το σπάνιο και τίποτε το τοξικό. Αν μπορούσαμε να έχουμε αυτό το υλικό σε αφθονία, θα μπορούσαμε να κατασκευάζουμε από χειρουργικά νήματα και συνθετικά οστά ως αλεξίσφαιρους θώρακες και αλεξίπτωτα με πάχος χιλιοστού, ή άθραυστες οπτικές ίνες, όλα πανάλαφρα και ανθεκτικά. Το κυριότερο: φιλικά στους έμβιους ιστούς και βιοδιασπώμενα.
Εύλογο ήταν ότι οι επιστήμονες θα άρχιζαν να ονειρεύονται τη στιγμή που θα μπορούσαν να αναπαραγάγουν αυτές τις αρετές με κάποιο τεχνητό μετάξι. Το δοκίμασαν αλλά απέτυχαν παταγωδώς να πάρουν τις ίδιες ιδιότητες με συνθετικό τρόπο. Προσπάθησαν τότε να «καλλιεργήσουν» αράχνες, όπως έκαναν οι Κινέζοι με τους μεταξοσκώληκες. Απέτυχαν, διότι οι υφάντρες αυτές έχουν την τάση να... τρώει η μία την άλλη όταν βρίσκονται στην ίδια γειτονιά! Στη συνέχεια μίσθωσαν ιθαγενείς της Μαλαισίας, επί τέσσερα χρόνια, να ανεβαίνουν στα τηλεγραφόξυλα, να πιάνουν αράχνες και να τις... αρμέγουν. Κατάφεραν να μαζέψουν μόλις 1,2 κιλά αραχνομεταξιού (τα οποία έκαναν ύφασμα που εκτίθεται τώρα στο Αmerican Νatural Ηistory Μuseum). Επειτα, το 1996, σκέφθηκαν τη λύση των «μεταλλαγμένων»: Πήραν γονίδια αράχνης και μπόλιασαν με αυτά βακτήρια, όπως το Εscherichia coli. Η ελπίδα ήταν ότι τα μεταλλαγμένα βακτήρια θα αναπαράγονταν και θα έφτιαχναν αποικίες «παραγωγής αραχνομεταξιού».
Δυστυχώς, μικρή η επιτυχία. Η ουσία που έβγαζαν τα βακτήρια δεν είχε τις ιδιότητες της αυθεντικής. Οπότε, κάτι τους διέφευγε, κάτι έκανε η αράχνη που δεν το είχαν εντοπίσει. Οπως τώρα γνωρίζουμε, το μετάξι του ιστού της αράχνης διαφέρει από εκείνο του κουκουλιού του μεταξοσκώληκα στο ότι το πρώτο αποτελείται από στιβάδες κρυσταλλικής αλανίνης [αμινοξύ α-amino, με τον χημικό τύπο CΗ3CΗ(ΝΗ2)CΟΟΗ], ενώ το δεύτερο από εναλλασσόμενα στρώματα αλινίνης-γλυκίνης και γλυκίνης-αλανίνης (όπου η γλυκίνη είναι πρωτεϊνογενετικό αμινοξύ με τον χημικό τύπο ΝΗ2CΗ2CΟΟΗ). Αρα, το μυστικό δεν κρύβεται σε κάποια πιο εξωτική ουσία, αλλά στο πώς ακριβώς δομούνται οι στιβάδες της αλανίνης.
Ας ξαναδούμε αυτό το απίστευτο πλάσμα, την αράχνη: Μολονότι ανατομικά είναι το απλούστερο των εντόμων (ούτε καν κινεί τα πόδια της με μυς- τα κινεί υδραυλικά!), διαθέτει έξι διαφορετικούς αδένες για την παραγωγή της ουσίας σε υγρή μορφή και άλλο ένα σετ οργάνων για τη διαμόρφωσή της σε κλωστή. Αυτός ο δεύτερος «οργανικός μηχανισμός» λειτουργεί περίπου όπως το κομπρεσέρ μιας μηχανής καφέ εσπρέσο: Εκτοξεύει ριπές της ουσίας, με συγκεκριμένο ρυθμό.
Το μυστικό της εσπρεσομηχανής αποκαλύφθηκε μόλις εφέτος, στις 15 Φεβρουαρίου, από τα πορίσματα μελέτης που δημοσίευσε στο Βiophysical Journal ομάδα ερευνητών του γερμανικού Ινστιτούτου Θεωρητικών Σπουδών της Χαϊδελβέργης, υπό τη δρα FraukeGrater. Κατά τη δημοσίευση, η κλωστή του ιστού της αράχνης απαρτίζεται από δύο δομικά στοιχεία, ένα μαλακό και άμορφο και ένα ισχυρό και κρυσταλλικό. Το άμορφο μέρος είναι αυτό που προσδίδει ελαστικότητα στο μετάξι και ανακατανέμει τις καταπονήσεις. Το άξιον απορίας είναι ότι αυτό το άμορφο υλικό βασίζεται σε δεσμούς υδρογόνου, που είναι από 100 ως και 1.000 φορές πιο ασθενείς από τους μεταλλικούς δεσμούς του ατσαλιού ή εκείνους του Κevlar. Πώς τα καταφέρνει η αράχνη να δημιουργεί τόσο καλύτερα «αμορτισέρ» με τόσο ταπεινά υλικά;
Η απάντηση της δρος Grater ήταν η εξής: «Μέσω προσομοιώσεων σε υπολογιστήδιαπιστώσαμε ότι μια διάταξη εν σειρά σε δίσκους των κρυσταλλικών και των άμορφων υπομονάδων ξεπερνούσε σε επιδόσεις κάθε τυχαία ή παράλληλη διαστρωμάτωση. Επομένως, έχουμε τώρα ένα νέο δομικό μοντέλο για το μετάξι».
Μια απίστευτη λοιπόν τελειότητα, που προκύπτει από τον κατάλληλο συνδυασμό «ριπών» των αδένων της αράχνης, μέσα από το οργανικό κομπρεσέρ της! Μια τελειότητα που επήλθε έπειτα από εκατομμύρια χρόνια «ριπών» στο εργαστήρι της φύσης, για να καταλήξει τώρα συνταγή στα χέρια μας. Μια συνταγή που σύντομα θα μεθερμηνευθεί σε γονίδια για μανιτάρια, φυτά, ακόμη και κατσίκες, που θα παράγουν για μας το μετάξι που τόσο πεισματάρικα κρατούσε η αράχνη για τον εαυτό της. Και ύστερα... θα γίνει σπρέι στα σουπερμάρκετ για μυγοχάφτες και κουνουποφάγους, ή «γόμωση αντλίας για ακινητοποίηση διαδηλωτών». Νενικήκαμεν!
tovima.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου