Esta historia se ha contado en miles de cómics de Marvel, cientos de series de dibujos animados y varios éxitos de taquilla sobre Spider-Man y sus hazañas. Solo se crearon juegos sobre el héroe al menos cincuenta, y más recientemente el estreno del juego "Spider-Man" del estudio Insomniac Games, publicado por Sony, que muestra a los espectadores la vida tanto de Spider-Man como del propio Peter Parker.
El Universo Marvel se basa en una actuación de fantasía. En el mundo de fantasía, nuestras leyes de la física no se aplican necesariamente, por lo que las habilidades de Spider-Man no requieren evidencia científica, aunque están basadas en la ciencia y son una versión exagerada de hechos científicos reales. Según la historia, Peter Parker adquirió sus poderes a través del veneno de una araña irradiada. Lo dotaron de agilidad y velocidad, reacción y fuerza sobrehumanas, y con el tiempo lo llevaron al desarrollo de habilidades aún más impresionantes, incluida la visión nocturna y el maravilloso aroma.
Fuerza de los polímeros
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La principal ventaja de Spider-Man, sin duda, fue la capacidad de liberar hilos de telarañas pegajosas e increíblemente duraderas. Si ignoramos la resistencia del aire y consideramos que el "disparo" es estrictamente vertical, entonces podemos estimar la velocidad de los hilos de la araña: v = (2gh), es decir, v = (2 * 9.8 m / s2 * 100 m) = 44 m / s, o unos 160 km / h. Y aunque esto es incluso menor que la velocidad de una bala o al menos un sonido, la energía que se requiere para esto no puede dejar de impresionar. Es difícil imaginar cómo el cuerpo podría obtenerlo sin una fuente artificial adicional.
Pero la fuerza de los hilos de Spider-Man es bastante "científica": la telaraña es uno de los polímeros más fuertes del planeta. Su resistencia a la tracción es de unos 1000 MPa, y en el marco de rosca de las arañas Araneus diadematus alcanza los 2700 MPa. Tal indicador está más allá del poder de los mejores grados de acero con alto contenido de carbono. Por lo tanto, un cable Spider-Man de 3 mm (tomando su fuerza como 1000 MPa) es capaz de soportar una carga de más de 7000 N y hacer frente a una carga que pesa hasta 720 kg, o al peso de una persona normal incluso con una fuerte aceleración en una caída.
La telaraña es secretada por glándulas especializadas en la parte posterior del abdomen, y un mismo animal puede tener varios tipos de glándulas que crean una telaraña con diferentes propiedades. Pero en cualquier caso, en términos de composición química, esta es una proteína especial, muy cercana a la proteína de la seda. Sus cadenas son ricas en glicina (el más pequeño de los aminoácidos, aporta flexibilidad a las hebras del polímero) y serina (el único aminoácido en los organismos vivos que contiene azufre, capaz de formar enlaces adicionales que fortalecen la forma de la proteína). Y las secciones individuales de la proteína contienen cantidades excepcionalmente grandes del tercer aminoácido, alanina.
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Parecería, ¿por qué necesitamos todos estos detalles? Sin embargo, son ellos los que crean la microestructura especial de las proteínas de telaraña: las espidroínas: las regiones de alanina forman regiones cristalinas densamente empaquetadas y regiones de glicina: enlaces amorfos y elásticos entre ellas. Al secarse al aire, toda la estructura se endurece y forma un hilo del que la araña teje partes de su telaraña. Este proceso es difícil, pero sin embargo, la síntesis de la web es aún más difícil. Las arañas gastan tantos recursos en la producción de spidroins que a menudo se comen los hilos viejos y dañados para reutilizarlos.
Web alienígena
Los intentos de "domesticar" la web y llevarla al laboratorio, y luego a escala industrial, no se han detenido durante muchas décadas. Durante este tiempo, fue posible identificar y aislar el gen de la espidroína de las arañas y transferirlo a otros organismos, por lo que hoy en día es posible extraer un polímero proteico no solo de gusanos de seda o arañas especialmente cultivados, sino también de bacterias E. coli, plantas de tabaco y patatas modificadas genéticamente e incluso de … La leche de cabra son animales que portan el gen de la proteína de araña. El principal problema técnico en esta área es, de hecho, el tejido de hilos de este valioso recurso.
Las arañas usan un sistema extremadamente complejo de glándulas de telaraña: a diferencia de la misma leche, de uñas y cabello, este material necesita un proceso de síntesis delicado y uniforme de joyería. Spidroin debe ser liberado a una baja velocidad estrictamente definida y entrelazarse en un momento determinado, estando en la etapa requerida de endurecimiento. Por lo tanto, las glándulas de algunas arañas son extremadamente complejas y contienen varios depósitos separados para la "maduración" secuencial de la red y su formación. Es difícil incluso imaginar cómo Spider-Man podría tejerlo a una velocidad de 150 km / h. Pero solo para sintetizar la espidroína, el hombre del futuro será bastante capaz.
No, nada como los genes se transmite con picaduras, ya sea un animal común o incluso una araña radioactiva. Incluso la radiación "inducida" en sí, que podría haber persistido en la picadura de una araña que sobrevivió a la radiación fuerte, es poco probable que pueda alcanzar un nivel que sea grave para nosotros, a menos que su veneno consistiera en plutonio puro. Y las "enzimas mutagénicas" difícilmente le habrían dado a Peter Parker los superpoderes necesarios. Hasta donde sabemos, estas personas no existen en la naturaleza: nuestro cuerpo, por el contrario, está constantemente luchando contra mutaciones aleatorias, y ejércitos de proteínas enteras están constantemente ocupados "reparando" el ADN dañado. La supresión de estas proteínas aumenta el nivel de mutaciones, pero en este caso, lo más probable es que Peter Parker simplemente muera de algunos de los cánceres que están plagados de mutaciones aleatorias.
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Es casi imposible obtener los genes de las proteínas de la espidroína que necesitamos con un mordisco. Para hacer esto, un cierto fragmento de ADN no solo debe ingresar al cuerpo, sino también evitar el ataque del sistema inmunológico, mientras penetra en la membrana celular, luego en la membrana nuclear y, finalmente, integrarse en la región activa de algún cromosoma. Es difícil imaginar que esto sucedió por accidente: los virus han estado perfeccionando esta sencilla habilidad durante miles de millones de años e incontables generaciones. Por lo tanto, son los virus los que pueden dar esperanzas de que algún día la ciencia convierta al voluntario de Parker en algo así como un verdadero Hombre Araña.
Energía y nanotecnología
De hecho, en 2010, cuando se obtuvieron cabras que producían leche con proteínas de telaraña, los científicos utilizaron virus modificados para transferir genes. Incapaces de dañar la célula, conservaron la capacidad de adherirse a ella y entregar un análogo artificial del gen de la espidroína en su interior. Por cierto, el polímero obtenido de esta manera se tejió en un material extremadamente duradero, que Nexia Biotechnologies promovió bajo la marca BioSteel, pero el proceso de producción nunca se llevó a un costo y escala económicamente justificados, por lo que hoy la empresa ha quebrado. Pero nos distrajimos.
Los fragmentos de ADN necesarios para la síntesis de espidroína se introdujeron en cabras en la etapa de embriones unicelulares. Posteriormente, estos genes se encontraron en todas las células hijas del organismo formado, aunque los científicos los integraron en esa parte del genoma que estaba activa solo en las células que participan en la síntesis de la leche materna. Si queremos convertir a Peter Parker en Spider-Man, será mucho más difícil. Primero, el gen diana debe aparecer en los cromosomas de un organismo adulto, a la vez en una multitud de células formadas en ciertas áreas de la piel, y en todas partes integrarse en el área deseada.
En teoría, las últimas tecnologías, que ahora están pasando por varias etapas de estudio y pruebas de laboratorio, pueden permitirlo, además de algunas ideas que siguen siendo materia de un futuro más lejano. En particular, el método CRISPR / Cas mejorado promete una integración precisa de genes en las regiones de cromosomas deseadas. Utiliza un conjunto especial de enzimas bacterianas y ARN para realizar cortes en una hebra de ADN en una ubicación específica. Las propias enzimas de la célula se apresuran de inmediato a reparar este daño artificial y usan el primer "parche" que aparece, generalmente un fragmento de un gen que las personas deben introducir junto con las proteínas Cas.
Los retrovirus pueden proporcionar transporte para la liberación de todo el conjunto de moléculas, como se ha hecho con las cabras. Y la nanotecnología permitirá equipar las conchas de las partículas virales con elementos, por ejemplo, que reaccionen a un campo magnético, para activar la modificación genética estrictamente en las células necesarias del Peter Parker adulto. Es más difícil imaginar cómo a partir de las células de su piel y, aparentemente, de las glándulas sudoríparas y sebáceas, sería posible obtener glándulas aracnoideas, ordenadas de manera mucho más compleja y funcionando de manera diferente. Pero el metabolismo sigue siendo el principal problema.
Como el vuelo de los pájaros, el veneno de serpientes o el cerebro de los humanos, la red es una adaptación sorprendentemente compleja, una verdadera obra maestra de la evolución que ha asegurado el éxito de un gran grupo de animales. Pero el cerebro, el vuelo y la síntesis de toxinas y telarañas son adaptaciones extremadamente caras para el organismo. Los experimentos con parientes australianos de víboras han demostrado que después de ser mordidos, deben aumentar su tasa metabólica en casi un 70% para restablecer gradualmente el suministro de veneno proteico. ¿Cuánto debería aumentar el metabolismo de una persona para que sintetice cientos de metros de cuerda de telaraña gruesa? ¿Cuánta comida necesita y qué tan alto en calorías debería ser? Parece que todo este razonamiento pone fin a nuestros sueños de un verdadero Spider-Man.
En lugar de un epílogo
Incluso si solo queremos conseguir una persona que pueda sintetizar las telarañas poco a poco, añadir el gen de la espidroína a Peter Parker no será suficiente. Las mismas observaciones son ciertas en nuestro caso. Tendremos que cultivar glándulas de araña en él, proporcionarle un mayor metabolismo, lo que le dará velocidad, agilidad y equilibrio adicionales, y energía para la síntesis de la red. Es poco probable que esto sea posible dentro del marco de nuestro cuerpo, y es poco probable que tales experimentos se lleven a cabo alguna vez. Pero el poder de los polímeros de tela de araña llegará tarde o temprano a nuestro servicio, y obtendremos un nuevo material sorprendente para ropa liviana y resistente, cables, medicina y óptica compleja. Quizás, estos productos no se verán tan impresionantes como el fantástico Spider-Man, pero probablemente no salvarán menos vidas.
