Esta história foi contada em milhares de quadrinhos da Marvel, centenas de séries de desenhos animados e vários sucessos de bilheteria sobre o Homem-Aranha e suas façanhas. Apenas jogos sobre o herói foram criados há pelo menos cinquenta, e mais recentemente a estréia do jogo "Homem-Aranha" do estúdio Insomniac Games, publicado pela Sony, que mostra aos telespectadores a vida tanto do Homem-Aranha quanto do próprio Peter Parker.
O Universo Marvel é baseado em uma performance de fantasia. No mundo da fantasia, nossas leis da física não se aplicam necessariamente, então as habilidades do Homem-Aranha não requerem evidências científicas, embora sejam baseadas na ciência e sejam uma versão exagerada de fatos científicos reais. De acordo com a história, Peter Parker adquiriu seus poderes através do veneno de uma aranha irradiada. Eles o dotaram de agilidade e velocidade sobre-humanas, reação e força, e com o tempo levaram ao desenvolvimento de habilidades ainda mais impressionantes, incluindo visão noturna e perfume notável.
Força de polímeros
A principal vantagem do Homem-Aranha, sem dúvida, era a capacidade de liberar fios de teias de aranha pegajosas e incrivelmente duráveis. Se ignorarmos a resistência do ar e considerarmos o "tiro" estritamente vertical, podemos estimar a velocidade dos fios da aranha: v = (2gh), ou seja, v = (2 * 9,8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, ou cerca de 160 km / h. E embora seja ainda menor que a velocidade de uma bala ou pelo menos um som, a energia necessária para isso não pode deixar de impressionar. É difícil imaginar como o corpo poderia obtê-lo sem uma fonte artificial adicional.
Mas a força dos fios do Homem-Aranha é bastante "científica": a teia de aranha é um dos polímeros mais fortes do planeta. Sua resistência à tração é de cerca de 1000 MPa, e na rosca da aranha Araneus diadematus chega a 2700 MPa. Esse indicador está além do alcance das melhores qualidades de aço de alto carbono. Portanto, já um cabo Homem-Aranha de 3 mm (considerando sua resistência como 1000 MPa) é capaz de suportar uma carga de mais de 7.000 N e lidar com uma carga de até 720 kg - ou com o peso de uma pessoa normal, mesmo com forte aceleração em uma queda.
A teia de aranha é secretada por glândulas especializadas na parte posterior do abdômen, e o mesmo animal pode ter vários tipos de glândulas que criam uma teia com propriedades diferentes. Mas em qualquer caso, em termos de composição química, trata-se de uma proteína especial, muito próxima da proteína da seda. Suas cadeias são ricas em glicina (o menor dos aminoácidos, que dá flexibilidade aos fios do polímero) e serina (o único aminoácido nos organismos vivos que contém enxofre, capaz de formar ligações adicionais que fortalecem a forma da proteína). E seções individuais da proteína contêm quantidades excepcionalmente grandes do terceiro aminoácido, alanina.
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Ao que parece, por que precisamos de todos esses detalhes? No entanto, são eles que criam a microestrutura especial das proteínas da teia de aranha-espidroínas: as regiões de alanina formam regiões cristalinas densamente compactadas e as regiões de glicina - ligações elásticas amorfas entre elas. Secando ao ar, toda a estrutura endurece e forma um fio com o qual a aranha tece partes de sua teia. Esse processo é difícil, mas mesmo assim a síntese da web é ainda mais difícil. As aranhas gastam tantos recursos na produção de spidroins que muitas vezes comem seus próprios fios velhos e danificados para reaproveitá-los.
Teia alienígena
As tentativas de "domar" a teia e obtê-la em laboratório, e depois em escala industrial, não param há muitas décadas. Durante este tempo, foi possível identificar e isolar o gene spidroin de aranhas e transferi-lo para outros organismos, então hoje é possível extrair um polímero de proteína não só de bichos-da-seda ou aranhas especialmente cultivados, mas também de bactérias E. coli, plantas geneticamente modificadas de tabaco e batata, e até mesmo de … leite de cabra são animais que carregam o gene da proteína da aranha. O principal problema técnico nesta área é, de fato, a tecelagem dos fios desse valioso recurso.
As aranhas usam um sistema extremamente complexo de glândulas de teia de aranha: ao contrário do mesmo leite, de unhas e cabelos, esse material precisa de um processo delicado e uniforme de síntese de joias. O Spidroin deve ser liberado em baixa velocidade estritamente definida e se entrelaçar em um determinado momento, estando no estágio de endurecimento necessário. Portanto, as glândulas de algumas aranhas são extremamente complexas, contendo vários reservatórios separados para a "maturação" sequencial da teia e sua formação. É difícil até imaginar como o Homem-Aranha poderia tecê-lo a uma velocidade de 150 km / h. Mas apenas para sintetizar spidroin o homem do futuro será bastante capaz.
Não, nada como genes são transmitidos com picadas, seja um animal comum ou mesmo uma aranha radioativa. Mesmo a própria radiação "induzida", que poderia persistir na picada de uma aranha que sobreviveu à radiação forte, provavelmente não conseguirá atingir um nível sério para nós - a menos que seu veneno consistisse em plutônio puro. E as "enzimas mutagênicas" dificilmente teriam dado a Peter Parker os superpoderes necessários. Pelo que sabemos, essas pessoas não existem na natureza: nosso corpo, ao contrário, está constantemente lutando contra mutações aleatórias, e exércitos inteiros de proteínas estão constantemente ocupados "consertando" DNA danificado. A supressão do trabalho dessas proteínas aumenta o nível de mutações - mas, neste caso, Peter Parker, muito provavelmente, morreria simplesmente de um dos cânceres, que estão repletos de mutações aleatórias.
Dificilmente é possível obter os genes das proteínas spidroína de que precisamos com uma mordida. Para isso, um determinado fragmento de DNA deve não apenas entrar no corpo, mas também evitar o ataque do sistema imunológico, ao penetrar na membrana celular, depois na membrana nuclear - e, por fim, integrar-se à região ativa de algum cromossomo. É difícil imaginar que isso aconteceu por acidente - os vírus têm aprimorado essa habilidade simples por bilhões de anos e incontáveis gerações. Portanto, são os vírus que podem dar esperança de que algum dia a ciência transformará o voluntário de Parker em algo como um verdadeiro Homem-Aranha.
Energia e nanotecnologia
De fato, em 2010, quando foram obtidas cabras que produzem leite com proteínas de teia de aranha, os cientistas usaram vírus modificados para transferir genes. Incapazes de prejudicar a célula, eles mantiveram a capacidade de se anexar a ela e fornecer um análogo artificial do gene spidroin em seu interior. A propósito, o polímero obtido desta forma foi capaz de tecer em um material extremamente durável, que a Nexia Biotechnologies promoveu sob a marca BioSteel, mas o processo de produção nunca foi levado a um custo e escala economicamente justificados, então hoje a empresa faliu. Mas nos distraímos.
Os fragmentos de DNA necessários para a síntese da espidroína foram introduzidos em cabras na fase de embriões unicelulares. Posteriormente, esses genes foram encontrados em todas as células-filhas do organismo formado, embora os cientistas os integrassem à parte do genoma que estava ativa apenas nas células envolvidas na síntese do leite materno. Se quisermos transformar Peter Parker no Homem-Aranha, será muito mais difícil. Primeiro, o gene alvo deve aparecer nos cromossomos de um organismo adulto, ao mesmo tempo em uma multidão de células formadas em certas áreas da pele, e em todos os lugares integrar-se na área desejada.
Em tese, as tecnologias mais recentes, que já passam por várias fases de estudo e testes de laboratório, podem permitir isso, além de algumas ideias que ficam em um futuro mais distante. Em particular, o método CRISPR / Cas aprimorado promete integração precisa de genes nas regiões desejadas dos cromossomos. Ele usa um conjunto especial de enzimas bacterianas e RNA para fazer cortes em uma fita de DNA em um local específico. As próprias enzimas da célula imediatamente correm para reparar esse dano artificial e usam o primeiro "patch" que surge - geralmente um fragmento de um gene que as pessoas precisam ser introduzidos junto com as proteínas Cas.
Os retrovírus podem fornecer transporte para a entrega de todo o conjunto de moléculas, como foi feito com as cabras. E a nanotecnologia permitirá equipar as cascas das partículas virais com elementos, por exemplo, reagindo a um campo magnético, a fim de ativar a modificação genética estritamente nas células necessárias do adulto Peter Parker. É mais difícil imaginar como das células de sua pele e, aparentemente, das glândulas sudoríparas e sebáceas, seria possível obter glândulas aracnóides, dispostas de maneira muito mais complexa e funcionando de maneira diferente. Mas o metabolismo continua sendo o principal problema.
Como o vôo dos pássaros, o veneno de cobra ou o cérebro dos humanos, a teia é uma adaptação incrivelmente complexa, uma verdadeira obra-prima da evolução que garantiu o sucesso de um grande grupo de animais. Mas o cérebro, o voo e a síntese de toxinas e teias de aranha são adaptações extremamente caras para o corpo. Experimentos com parentes australianos de víboras mostraram que, após serem picados, eles devem aumentar sua taxa metabólica em quase 70% para restaurar gradualmente o suprimento de veneno protéico. Quanto deve aumentar o metabolismo de uma pessoa para que ela sintetize centenas de metros de corda de teia grossa? De quanta comida ele precisa e quão alto em calorias deve ser? Parece que todo esse raciocínio acaba com nossos sonhos de um verdadeiro Homem-Aranha.
Em vez de um posfácio
Mesmo se quisermos apenas uma pessoa que possa sintetizar teias de aranha aos poucos, adicionar o gene spidroin a Peter Parker não será suficiente. As mesmas observações são verdadeiras em nosso caso. Teremos que fazer crescer nele glândulas de aranha, dar-lhe um metabolismo aumentado, o que lhe dará mais velocidade, agilidade e equilíbrio - e energia para a síntese da teia. É improvável que isso seja possível dentro da estrutura de nosso corpo, e é improvável que tais experimentos jamais sejam realizados. Mas o próprio poder dos polímeros de teia de aranha mais cedo ou mais tarde virá a nosso serviço, e obteremos um novo material incrível para roupas leves e pesadas, cabos, medicina e ótica complexa. Talvez esses produtos não sejam tão impressionantes quanto o fantástico Homem-Aranha, mas provavelmente não salvarão menos vidas.
