Бег по наклонной: может ли современная наука создать Человека-паука

Человек-паук — один из известнейших комиксовых супергероев. Его сверхспособности основаны на биологической перестройке организма. Может ли уровень современной науки позволить создать настоящего Человека-паука?

Способ модификации человека в героя со суперспособностями, изложенный в блокбастере, безусловно, фантастичен. В первой части она произошла из-за укуса «радиоактивного паука» (что бы это ни значило), впоследствии сценаристы заменили его на паука генномодифицированного. Но в основе этого хода — вполне реальные достижения науки: перенос генов из одного организма в другой с помощью вирусов стал довольно рутинной биотехнологической процедурой.

Однако когда речь идет о модификации многоклеточного организма, то обычно модифицируют одну клетку, из которой потом этот целый организм и выращивают. Со взрослыми особями работают гораздо реже. Впрочем, сейчас активно разрабатываются методики генной терапии для лечения наследственных заболеваний у взрослых людей, например, дальтонизма. Для этого вирус заменяет «сломанный» вариант гена в рецепторах сетчатки человека на «нормальный».

Если вернуться к версии укуса, то в ее основе — теоретически возможный сценарий. Заражать вирусами при укусе членистоногие действительно могут — наиболее печально известны в этом отношении иксодовые клещи. Так что можно вообразить себе странную лабораторию, где собрали вирусные векторы для генетической модификации и поместили их в ядовитые железы некоего паука, укусившего героя.

Другой вопрос, что даже если привнесенные этими вирусами гены заработают в организме млекопитающего, итоговые фундаментальные перестройки скорее всего окажутся несовместимыми с жизнью — по крайней мере, на нашем текущем уровне развития биотехнологий.

Но сделаем некое допущение и перейдем к исследованию самих перестроек организма героя и возможных механизмов его сверхсилы. И для начала следует заметить, что для реализации некоторых способностей герою потребовался бы прочный хитиновый экзоскелет, как у всех членистоногих, — мягкая и эластичная кожа позвоночных для этого не годится.

Бег по отвесным стенам

Самая яркая сверхспособность Человека-паука — умение перемещаться по отвесным стенам. Многие членистоногие совершенно свободно передвигаются по гладким стенам (и даже по стеклу) и потолку благодаря наличию на кончиках лапок множества микроскопических хитиновых щетинок, которые настолько тонки, что проникают в малейшие неровности поверхности и максимально увеличивают площадь контакта с ней.

Воссоздать такой механизм сцепления человека с поверхностью теоретически возможно. Это нам только кажется, что когда мы стоим на полу, то опираемся на него всей подошвой обуви. На самом деле это не так: и подошва (даже самая гладкая), и пол на микроскопическом уровне содержат множество несовпадающих неровностей, из-за чего реальная площадь контакта этих двух поверхностей очень мала.

Но если зашлифовать эти две контактирующие поверхности с микронной точностью, то они в итоге слипнутся друг с другом. Это объясняется существованием так называемых сил Ван-дер-Ваальса: молекулы могут притягиваться друг к другу, но заметно это только на очень-очень малых расстояниях.

В обычной жизни мы почти не наблюдаем этих сил, потому что из-за упомянутых неровностей просто не можем так сильно сблизить два предмета между собой. Однако если у вас есть поверхность со множеством тонких щетинок, то эти щетинки могут дотянуться до каждой микровыемки на поверхности и тем самым притянуться к ней. Именно так висят на стекле пауки, мухи и даже гораздо более крупные и тяжелые гекконы. Правда, у гекконов эти щетинки не хитиновые, а кератиновые, — но наш супергерой ведь получил гены паука, а не ящерицы, верно?

Таким образом, нашему фантастическому персонажу для превращения в супергероя нужен полноценный хитиновый панцирь с щетинками, а также периодические линьки, чтобы обновлять сломанные щетинки, ведь покровы членистоногих регенерируют только в процессе линьки.

Но вот чем явно пренебрегли создатели комиксов и фильмов о Человеке-пауке, нарисовав его в глухом облегающем костюме: чтобы их супергерой мог бы перемещаться по отвесным поверхностям, он должен быть без перчаток и босиком, иначе необходимые для сцепления с поверхностями щетинки не смогут работать.

Более того — щетинки для сохранения способности сцепляться с неровностями, должны быть идеально чистыми, а это значит, что Человек-паук был бы вынужден постоянно носить перчатки как раз в обычной жизни и снимать их вместе с обувью во время заданий.

Сверхпрыгучесть

Обязательно наличие у Человека-паука некоего экзоскелета и для реализации его суперпрыгучести. Это связано с тем, что у пауков есть хитрый механизм разгибания конечностей, не встречающийся больше ни у каких других живых существ, даже у прочих членистоногих.

Дело в том, что мышцы всех животных в процессе работы могут только укорачиваться, но не удлиняться. Когда мышца расслабляется, то просто пропадает внутренняя сила, укорачивающая ее, но самопроизвольного удлинения при этом не происходит — любая мышца может быть возвращена в исходное рабочее положение только какой-либо внешней по отношению к ней силой.

Обычно в качестве этой силы выступают другие мышцы, называемые антагонистами. Когда мышца-антагонист сокращается, она не только двигает конечность в нужную сторону, но и растягивает другие мышцы, возвращая им работоспособность.

Типичный пример: мышцы — сгибатели и разгибатели наших рук. Сгибатели находятся на той же стороне предплечья, что и ладонь, и своей работой они сжимают наш кулак; разгибатели — на той части предплечья, что соответствует тыльной стороне ладони, такие мышцы наш кулак разжимают.

Уникальная особенность пауков в том, что в их конечностях есть мышцы-сгибатели, но отсутствуют разгибатели. Вместо них на сгибатели действует совсем иная «внешняя» сила. Конечности пауков, как и всех прочих членистоногих, полые и содержат внутри себя жидкость («кровь»).

Конечности паука соединены с общей полостью в его теле, словно трубы, «впадающие» в большой бассейн. Резкое сокращение крупных мышц, находящихся в головогруди паука, приводит к скачкообразному повышению давления в конечностях — они мгновенно расправляются, позволяя пауку сделать мощный прыжок.

Выгода подобной системы с одной большой мышцей в головогруди по сравнению со множеством мышц-разгибателей в конечностях очевидна: именно по этой причине в автомобилях, даже полноприводных, конструкторы ставят один большой двигатель, а не четыре поменьше. Так и потери энергии меньше, и синхронность работы разных конечностей выше, и меньше вероятность, что что-то сломается.

Однако работать подобный гидравлический привод сможет только при наличии конечностей, заключенных в жесткие стенки, — в противном случае повышение давления будет просто надувать, а не расправлять ноги. Поэтому-то Человеку-пауку и не обойтись без хитинового экзоскелета. Но выглядел бы в нем герой явно не столь привлекательно, как в ярком обтягивающем трико.

Метание паутины

Как и подобает пауку, главное оружие супергероя — паутина. Во-первых, она позволяет ему перемещаться с бешеной скоростью по городу, а во-вторых, — бороться со злодеями. И если первое не особо реалистично, то второе — вполне.

Канонический Человек-паук изначально не мог самостоятельно производить паутину — он ее синтезировал искусственно в лаборатории и заправлял в специальные аппараты, крепящиеся к запястьям, так называемые вебшутеры. Однако в кинотрилогии Сэма Рэйми, по которой многие зрители впервые познакомились с супергероем, он генерирует сеть самостоятельно, как настоящий паук с помощью паутинных желез.

Паутина действительно очень прочна, и нити той толщины, как их изображают в фильмах и комиксах, легко могли бы выдержать вес человека. Но вот выбрасывать ее с той скоростью, с которой это делает герой, — он совершенно точно не смог бы. Дело в том, что паутина состоит из особых белков — спидроинов, которые обладают длинными прямыми молекулами. В растворе (внутри паутинной железы или просто емкости вебшутера) отдельные молекулы ориентированы в разные стороны, за счет чего паутина и имеет жидкую консистенцию.

Однако если выпускать этот раствор через узкое сопло, то отдельные молекулы будут выстраиваться параллельно друг другу. Чтобы понять, почему это происходит, представьте бассейн, в который беспорядочно накидали бревна, а потом открыли узкий шлюз. Вода начнет вытекать через шлюз, и вскоре все бревна в этом потоке займут упорядоченное положение. Так и в момент молекулярного упорядочения происходит кристаллизация спидроинов, отчего паутина перестает быть жидкой и приобретает нужные механические свойства.

Проблема в том, что это очень сложный процесс. Пауки могут плести разные типы паутины с разными механическими свойствами, зависящими в том числе и от скорости прохождения жидкого раствора через проток паутинной железы.

А этот процесс — не мгновенный, он происходит в лучшем случае со скоростью порядка сантиметра в секунду. Быстрее он проходить не может — молекулы спидроина просто не успеют выстроиться параллельно, то есть бревна либо закупорят шлюз, либо так беспорядочно и уплывут.

Поэтому летать по городу, выбрасывая паутину направо и налево, Человек-паук не смог бы. Что он смог бы на самом деле, так это спускаться вниз, повиснув на паутине, как это часто и делают настоящие пауки.

А вот использовать паутину в бою супергерой действительно мог бы сколько угодно. Существует отдельное семейство пауков — пауки-плеваки (Scytodidae). Они буквально плюются паутиной. Этот механизм им необходим для обездвиживания добычи.

Железы, которые используют обычные пауки для прядения паутины, расположены вблизи кончика брюшка. Такие есть и у пауков-плевак. Однако для охоты они используют другие железы. Они расположены в головогруди и открываются протоками на хелицерах («челюстях»). Из-за того, что для охоты требуются большие объемы паутины разом, головогрудь пауков-плевак заметно крупнее брюшка, в то время как у обычных пауков всё ровно наоборот.

Как же пауки-плеваки справляются с ограничением скорости истечения паутины? А никак. Их «охотничья» паутина — на самом деле полужидкий клей, застывающий на воздухе тонкими нитями. Она не обладает той же прочностью, что «нормальная» паутина, но от нее этого и не требуется. Назначение паутины — лишь на короткое время обездвижить добычу, пока паук не подбежит и не впрыснет в жертву свой яд.

Точно так же и Человеку-пауку в бою вовсе необязательно было бы использовать сверхпрочную паутину — достаточно было бы такой, которая позволила бы в какой-то момент выиграть пару секунд от замешательства опутанного противника, а там уже кулаки с гидравлическим приводом довершили бы дело.

Итак, наш Человек-паук может только лазить по стенам и висеть (но не летать) на паутине, должен обладать прочным хитиновым экзоскелетом, «пушистыми» подушечками пальцев, а также крупным корпусом, где бы помещались объемистые запасы «боевой» паутины. Вряд ли такому супергерою удалось бы так легко скрываться среди людей — ведь внешне он был бы куда больше похож на персонажа кроненберговской «Мухи», нежели на дружелюбного соседа.

_{Фото: MARVEL; JAN ROZEHNAL / ISTOCKPHOTO; WALTER PIORKOWSKI; DENNIS KUNKEL; ISTOCKPHOTO}