Czy wiesz, że pszczoły produkują jedwab? W połączeniu ze śluzem prehistorycznych ryb powstał supermateriał
Świat na naszych oczach tonie w plastiku – powoli wszyscy zaczynamy zdawać sobie z tego sprawę. Naukowcy gorączkowo poszukują w naturze materiałów, które mogłyby go zastąpić. Warunek? Muszą być lekkie, wytrzymałe i biodegradowalne. Wydaje się, że właśnie mamy przełom, i wcale nie jest to nić pajęcza – genialna alternatywa od zawsze kryła się tuż pod naszym nosem.
Czy wiesz, że nie tylko jedwabniki produkują jedwab? Chociaż pszczoły kojarzą nam się wyłącznie z miodem i zapylaniem, to one także przędą to niezwykłe włókno. Co więcej, pszczeli jedwab pod względem wytrzymałości może mierzyć się nawet z nicią pajęczą. Ta – chociaż ultramocna – stanowi dla ludzkich inżynierów technologiczny koszmar, przez co nie możemy wykorzystywać jej w przemyśle. Co innego z dziełem pszczół.
Naukowcom z Utah właśnie udało się z powodzeniem odtworzyć pszczelą przędzę w laboratorium. Teraz chcą połączyć ją ze śluzem prehistorycznych ryb i stworzyć biologiczny supermateriał, który wkrótce będziemy mogli wykorzystywać na masową skalę.
Coś niecoś potrafią – inżynieryjny cud pszczół samotnic
Blisko 75% wszystkich gatunków pszczół to pszczoły samotnice. W przeciwieństwie do znanych i lubianych pszczół miodnych, owady te nie żyją w wielkich rojach i nie budują woskowych uli. Ich larwy przędą z jedwabiu specjalne kokony, które chronią je przed surowymi warunkami środowiska.
Naukowcy przeanalizowali biologię dzikiej pszczoły z gatunku Osmia lignaria (spokrewnionej z niezwykle pożyteczną, polską murarką). Owad ten wykorzystuje przędzę jak sprawny architekt – podczas gdy znany nam jedwabnik po prostu wysnuwa z siebie jedną, nieprzerwaną nić, larwa pszczoły zakotwicza włókno na ścianie gniazda, przeciąga je ruchami głowy i precyzyjnie mocuje w nowym miejscu.
Powstały w ten sposób kokon to inżynieryjny majstersztyk. Ta wielowarstwowa tarcza ochronna pozwala na swobodną wymianę gazową, zatrzymuje niezbędną wilgoć, a jednocześnie stanowi pancerz przed drapieżnikami. Co najważniejsze dla medycyny, powłoka ta jest wysoce elastyczna, odporna na przebicia i wykazuje właściwości antybakteryjne. To idealny zestaw cech dla materiałów biomedycznych, takich jak nici chirurgiczne czy rusztowania dla syntetycznych tkanek.
Z ula prosto pod mikroskop
Głównym wyzwaniem dla naukowców było jednak pozyskanie tego materiału bez szkody dla samych owadów. Dr Oran Wasserman i jego zespół opracowali nowatorską, całkowicie bezinwazyjną metodę. Przy użyciu technologii druku 3D stworzyli sztuczne gniazda, w których wyhodowali larwy. Zamiast niszczyć gotowe, owadzie domki, badacze delikatnie izolowali pojedyncze włókna bezpośrednio z aparatów gębowych, pozwalając pszczołom na bezstresowe dokończenie budowy.
To nie wszystko. Naukowcy dodatkowo wszczepili geny odpowiedzialne za produkcję jedwabiu do wyselekcjonowanych mikroorganizmów. W ten sposób udało im się wyprodukować pszczele białka (fibroiny) całkowicie od zera, poza organizmem owada, i uformować z nich w pełni funkcjonalne, przezroczyste folie biologiczne.
Co połączy pszczoły i prehistoryczne ryby? Amerykanie
Ambicje amerykańskich badaczy sięgają jednak jeszcze dalej. Odkryli oni, że pszczeli jedwab posiada strukturę genetyczną niezwykle zbliżoną do jeszcze dziwniejszej substancji występującej w naturze – śluzu śluzic. Te starożytne, pozbawione żuchwy drapieżniki morskie, w chwili zagrożenia uwalniają wydzielinę, która błyskawicznie pęcznieje w słonej wodzie, tworząc nieprzebitą zaporę.
Naukowcy pracują obecnie nad połączeniem obu tych niezwykłych substancji w jedną. Miksując jedwab pszczół z białkami śluzic, chcą stworzyć hybrydowy supermateriał, który połączy najlepsze cechy obu organizmów. To doskonały dowód na to, że odpowiedzi na najbardziej skomplikowane problemy inżynieryjne naszej cywilizacji od milionów lat zapisane są w genach otaczających nas zwierząt.
Nasz autor
Jonasz Przybył
Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.