Մինչ աշխարհը խեղդվում է պլաստիկի մեջ, հետազոտողները փնտրում են գործնական, թեթև, ամուր և կենսաքայքայվող նյութեր։ Վերջին տարիներին գիտնականներն ավելի ու ավելի հաճախ են այլընտրանք փնտրում բնության մեջ, և հետազոտությունների զգալի մասը նվիրված է սարդոստայնի զարմանահրաշ հատկություններին։
Սակայն կա ևս մեկ հեռանկարային այլընտրանք, որն առաջին հայացքից աչքի չի ընկնում․ դա մեղվի մետաքսն է։ Եթե հիմա զարմացած եք, ապա մենակ չեք․ մարդկանց մեծ մասը երբեք չի լսել մեղվի մետաքսի մասին։
«Բնության մեջ մետաքսի արտադրությունն անհամեմատ ավելի տարածված է, քան պատկերացնում են շատերը», — նշել է Յուտայի նահանգային համալսարանի գիտնական Օրան Վասերմանը։ — «Մետաքսը ձևավորվել է միմյանցից անկախ բազմաթիվ անգամներ․ միայն միջատների՝ այդ թվում մրջյունների, մեղուների և կրետների մոտ հաշվվում է դրա ծագման առնվազն 23 առանձին աղբյուր»։
Այս տարվա սկզբին Վասերմանն ու նրա թիմն առաջինն են ստեղծել մեղվի մետաքսի որոշակի տեսակը ցուցադրող թաղանթ․ սա կարևոր քայլ է այս անհավանական նյութի ներուժն օգտագործելու ճանապարհին։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են PLOS One և SynBio ամսագրերում։
Միջատների աշխարհում մետաքսը կիրառվում է ամենուր՝ սարդոստայն հյուսելուց ու բներ կառուցելուց մինչև հարսնյակավորման կոկոն պատրաստելը։ Մասնավորապես մեղուների համար այն ունի պաշտպանական նշանակություն։
«Սովորական մեղուները, ինչպիսիք են ընտանի մեղուներն ու իշամեղուները, մետաքս են արտադրում իրենց գաղութներում թրթուրաբջիջները պատելու համար», — հավելել է Վասերմանը։ — «Իսկ մենակյաց մեղուները, որոնք կազմում են մեղուների բոլոր տեսակների շուրջ 75 տոկոսը, մետաքսով բնաբույն են հյուսում՝ շրջակա միջավայրի անբարենպաստ գործոններից պաշտպանվելու համար», — փոխանցում է Planet Today-ը։
Հետազոտողները շուրջ 20 տարի է, ինչ ուսումնասիրում են մեղվի մետաքսի տարբեր տեսակների հատկությունները, սակայն Վասերմանն ու Ջոնսի լաբորատորիան ավելի հեռուն են գնացել՝ մշակելով մետաքսի սինթեզման ոչ ինվազիվ մեթոդ։
Սա կարևոր է, քանի որ, թեև բոլորին հայտնի է, թե որքան տպավորիչ է սարդոստայնը (իր քաշի համեմատ 5 անգամ ավելի ամուր է, քան պողպատը), լաբորատոր պայմաններում դա վերարտադրելն աննկարագրելի բարդ է։
Իրենց հետազոտություններում Վասերմանը կենտրոնացել է կապույտ այգու մեղվի (Osmia lignaria) վրա․ սա մենակյաց մեղու է և այգիների կարևոր փոշոտող, որն ունի փոքր, դարչնագույն, ձգված կոկոններ՝ ծայրին բնորոշ պտկաձև գլխարկով։ Այս բնաբույներն անհամեմատ ավելի ամուր են, քան թվում են։
Չնայած թե՛ շերամորդը, թե՛ կապույտ այգու մեղուն մետաքսն օգտագործում են բնաբույն ստեղծելու համար, նրանք այն արտադրում են բոլորովին տարբեր ձևերով։ Շերամորդն իր բնաբույնը հյուսում է մեկ անընդհատ թելից։
Ինչպես բացատրում է Վասերմանը, մեղվի թրթուրն օգտագործում է ավելի «ճարտարապետական» մոտեցում։ Այն մետաքսաթելն ամրացնում է բնի բջջի պատին, գլխի շարժումներով ձգում թելն ու ամրացնում նոր տեղում՝ կրկնելով գործընթացը մինչև բնի ամբողջական փակվելը։
Ստացված բնաբույնն ունի ընդամենը մի քանի կառուցվածքային շերտ, սակայն դրանք աշխատում են միասին՝ ապահովելով գազափոխանակության, մեխանիկական պաշտպանության, խոնավության պահպանման և մակաբույծների նկատմամբ կայունության հավասարակշռություն։ Վերջին կետն ավելի մեծ նշանակություն ունի, քան կարող է թվալ առաջին հայացքից։
Մենակյաց մեղուների բնաբույնները բախվում են շատ իրական սպառնալիքի՝ մակաբույծ կրետների։ Սրանք կրետներ են, որոնք քիմիական ազդանշանների միջոցով գտնում են մեղուների բնաբույնները, ապա փորձում ծակել դրանք իրենց ասեղնանման ելունդով՝ զարգացող մեղվի ներսում ձվադրելու համար։ Մեղվի մետաքսե բնաբույնը, ըստ էության, թրթուրի պաշտպանության միակ գիծն է։
Ծակման նկատմամբ ունեցած անհավանական կայունությունից զատ (մի հատկություն, որը Ջոնսի լաբորատորիան այժմ ակտիվորեն ուսումնասիրում է), այս նյութը նաև ճկուն է, հակամանրէային և օդանցիկ։
Հենց այսպիսի համադրություն է անհրաժեշտ նոր սերնդի կենսաբժշկական նյութերում, ինչպիսիք են վիրաբուժական կարանյութերը, հյուսվածքային ինժեներիայի համար նախատեսված կրող կարկասները և տեխնիկական տեքստիլը։ Սակայն այս հատկություններն օգտագործելու դժվարությունը մետաքսը մեղվի թրթուրից դուրս վերարտադրելն է։
Վասերմանի առաջին փորձերը պատրաստի բնաբույններից մետաքսի առանձին թելերի առանձնացումն էր, սակայն այդ գործընթացը չափազանց աշխատատար էր և ուղեկցվում էր թելերի հաճախակի կտրվելով։ Ուստի թիմը որոշեց վերադառնալ ակունքներին։
«Մեր մշակած մեթոդը թույլ է տալիս մետաքսաթելերը կորզել անմիջապես թրթուրի բերանային անցքից», — բացատրում է Վասերմանը։
Դրա համար նրանք օգտագործում են 3D-տպիչով պատրաստված մեղուների բուծման համակարգ, որը նմանակում է մեղվաբնի բնական միջավայրը, և թրթուրներին աճեցնում դրա ներսում։ Թիմն ամեն օր հետևում է յուրաքանչյուր թրթուրի և միջամտում հենց այն պահին, երբ նա սկսում է հյուսել, երբ առաջին թելերը դեռ ազատ են և հասանելի։ Այնուհետև թելերն առանձնացվում և ամրացվում են մեխանիկական փորձարկումներ անցկացնելու համար։
«Այս մեթոդի ամենախոստումնալից հանգամանքներից մեկն այն է, որ թրթուրները շարունակում են ձևավորել իրենց բնաբույնները, ինչը վկայում է միջամտության նվազագույն լինելու մասին», — պարզաբանել է Վասերմանը։
Առանձնացնելով այս թելերը՝ թիմը կարողացել է մետաքս ստանալ «զրոյից»։ Մոլեկուլային կենսաբանության մեթոդներով նրանք թիրախային գեները ներդրել են գենետիկորեն ձևափոխված միկրոօրգանիզմի մեջ, որն էլ լաբորատոր պայմաններում արտադրել է դրանք։ Այնուհետև գիտնականները մաքրել են ստացված սպիտակուցները և դրանցից ձուլել են թափանցիկ, ինքնակրող թաղանթներ։
Սա առաջին դեպքն է, երբ մեկ մեղվից այս եղանակով ստացված սպիտակուցը վերածվել է պատրաստի նյութի։ Թեև այս մեթոդը դեռևս չի կարող անմիջապես կիրառվել արտադրությունում, այն լայն հնարավորություններ է բացում մեղուների տարբեր տեսակների մետաքսի հետագա ուսումնասիրության համար։
Օրինակ՝ հայտնի է, որ մեղվի մետաքսն ավելի առաձգական է, քան այգու մեղուներինը, և այս նույն մեթոդով կարելի է վերարտադրել այն կամ նույնիսկ խառնել այլ նյութերի հետ։
Հենց սրանով են այժմ զբաղված Վասերմանն ու նրա թիմը՝ մեղվի մետաքսը համադրելով մեկ այլ՝ է՛լ ավելի տարօրինակ նյութի՝ մալամուխների լորձի հետ։
Մալամուխները հնագույն, անծնոտ, խորջրյա ձկներ են, որոնք վտանգի պահին մածուցիկ նյութ են արտազատում։ Այն ծովաջրում արագ ուռչում է՝ խցանելով հարձակվող գիշատիչների խռիկները։
Սա լորձային զանգվածի և սպիտակուցային նուրբ թելերի խառնուրդ է։ Երբ այդ թելերը ձգվում ու չորանում են, իրենց մեխանիկական հատկություններով մոտենում են սարդոստայնին։
Վասերմանի լաբորատորիայում ինչպես մալամուխի սպիտակուցների, այնպես էլ մեղվի մետաքսի համար կիրառվում է միևնույն մոլեկուլային մեթոդը, քանի որ երկու նյութերն էլ ունեն նմանատիպ հիմնային սպիտակուցային կառուցվածք։ Սա նշանակում է, որ դրանք հնարավոր է միախառնել՝ ստանալով նոր նյութեր, որոնք կհամադրեն երկուսի լավագույն հատկանիշները։
«Մետաքսը հազարամյակներ ի վեր օգտագործվել է տարբեր նպատակներով։ Այդուհանդերձ, ուշադրության կենտրոնում հիմնականում եղել են ընդամենը մի քանի տեսակներ՝ հատկապես շերամորդն ու սարդերը», — նշել է Վասերմանը։ — «Ընդհանուր առմամբ, միջատների մետաքսն ապշեցուցիչ կերպով բազմազան է․ այն հյուսում են բազմաթիվ տեսակներ, որոնք տարբերվում են իրենց բաղադրությամբ ու մեխանիկական հատկություններով․․․ Բայց, որքան էլ զարմանալի է, շատ հարցեր, ինչպիսիք են մետաքսի ու բնաբույնների առանձնահատկությունները, դեռևս թերի են ուսումնասիրված։ Ոլորտի զարգացմանը զուգընթաց՝ ակնկալում եմ, որ այս բաց մնացած հարցերից շատերը աստիճանաբար կստանան իրենց պատասխանները»։
Source: https://news.am/hy/news/1051177