جالس بن مبارك
23-09-2004, 12:27 PM
تغزل خيوط نسيج العنكبوت آلاف المرات في الثانية، وهي قوية ومنتشرة، غير ان احدا لا يلاحظها. ومع ذلك فهي تظل تثير حيرة الباحثين، اذ لم يتمكن احد من انتاج أي شيء مماثل يتميز بالخفة والمرونة (بل وحتى مقاومة الماء)، وهو في نفس الوقت قوي مثل الصلب. وكل احلام استخدام حرير العنكبوت لصناعة ملابس لا تهترئ، من ملابس الاطفال الى الملابس العسكرية، ظلت مجرد احلام.
غير ان الباحثين يقتربون الان من فهم كيفية غزل العنكبوت لـ«الحرير» أي خيوط نسيجه، وهو ما يمكن ان يمهد الطريق نحو غزل مادة صناعية. ويعتبر حرير العنكبوت واحدا من الامثلة على........
مدى نجاح التقنيات الحيوية وابحاث الكيمياء الصناعية في تحقيق نمو متسارع في قطاع المنتجات الحيوانية. والطبيعة تعلم العلماء كيف يمكن انتاج كل شيء سواء كان ذلك انتاج منظف صناعي افضل، او طلاء مقاوم للصدأ.
* محاكاة الطبيعة
* مع مرور الوقت ستنتج «المصانع الحيوية» كميات كبيرة من الخلايا والانسجة من مواد حيوانية مفيدة، طبقا لتكهنات موري مو يونغ، المهندس الكيميائي في جامعة ووترلو في كندا. ويأتي العنكبوت على رأس القائمة لأنه ينتج العديد من الاشياء المفيدة، بما في ذلك واحدة من اقوى المواد في العالم. وتوضح بولا هاموند، استاذة الهندسة الكيميائية في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا، طبيعة حرير العنكبوت، وتقول «اذا ما دفعت شبكة العنكبوت فستلاحظ انها تتمدد قبل ان تنقطع. ويمر حرير العنكبوت عبر هذا النوع من التمدد قبل الانقطاع، وبذلك تمتص الطاقة. وعملية امتصاص الطاقة هي ما يجعل هذه المادة في غاية القوة».
ويغزل العنكبوت الحرير عن طريق افراز سائل، وهو مادة بروتينية ليفية شبيها بالكيراتين، وهو البروتين الموجود في الشعر وفي القرون. وهذا البروتين يجف خلال عملية الافراز، وهي عملية بدأ العلماء في فهمها في الاونة الاخيرة، الا انهم لم يتمكنوا حتى الان من انتاج الياف بنفس القوة.
واخيرا اكتشف باحثون في جامعة تافتس بالقرب من بوسطن طريقة انتاج العنكبوت ودودة القز لمثل هذه الالياف القوية، كما اوضح دافيد كبلان مهندس الطب الحيوي في تافتس.
وعن طريق استخدام التوازن المائي في اجسامهما يمكن للعنكبوت ودودة القز التحكم في عملية صناعة الحرير بمنع البروتين من التجمد بسرعة. وقد نسخ دكتور كابلان العملية في المختبر، وهو ما قدم للعلماء منطلقا جديدا لصناعة حرير صناعي وزاد الامال في تصنيع مجموعة كبيرة من المنتجات تتراوح بين الدروع الواقية والملابس والحبال القوية جدا.
كما لجأ العلماء الى العنكبوت بأمل انتاج مبيد حشري مثالي، يمكنه ان يستهدف ويقتل حشرات محددة مدمرة للمحاصيل، بينما لا يشكل أي تهديد لحشرات اخرى او للبشر او الحيوانات، كما يقول غلين كينغ الباحث في جامعة كونتيكت. وينتج عنكبوت استرالي يفرز شبكة مخروطية مادة سامة تحتوي على اكثر من 100 عنصر. وتقتل العديد من هذه العناصر انواعا محددة من الحشرات. ويوضح كينغ انه «يمكن عزل هذه العناصر من سم العنكبوت ووضعها في فيروس عادي يؤثر فقط على الحشرات، ويمكن للفيروس ان يستهدف حشرة معينة». ويمكن بتلك الطريقة انتاج مبيدات حشرية سليمة وآمنة بيئيا.
وهناك نوع آخر من سم الثعابين ربما يساعد مستقبلا في غسل الملابس. فقد اكتشف ديفين ايموتو، استاذ الكيمياء بجامعة ويتير بكاليفورنيا، ومجموعة من طلابه ان انزيما (خميرة) يتم استخلاصه من سم نوع من الثعابين في فلوريدا يمكن استخدامه لإزالة بقع الدم من الملابس. ومعروف ان منظفات الملابس تحتوي على خمائر تصنعها البكتريا، إلا ان استخدام الخمائر التي تفرزها حيوانات كبيرة يعتبر اكتشافا جديدا. تعمل خميرة الثعبان المذكور على تفكيك العناصر المكونة لبقع الدم بعد ان تجف وتلصق بانسجة الملابس. ولا تزال الابحاث في المراحل الاولى لها، ولا توجد شركة مهتمة حتى الان بوضع خمائر سم الثعابين في المنظفات.
وهناك حيوانات اخرى تقدم بعض الفرص لصناعة منتجات جديدة اكثر فاعلية. فعلى سبيل المثال، القواقع تلتصق بأشياء مثل الصخر، واقراص الاسمنت، وببعضها البعض. وتكشف النظرة المقربة عن عشرات من الخيوط الدقيقة التي تمتد من اجسادها لكي ترتبط بالصخور. ويوجد في القواقع ايضا عضو يطلق عليه «القدم» يتمدد، ويلصق كل خيط بشيء ثابت بواسطة كمية قليلة للغاية من الصمغ.
وتكرر «القدم» العملية الى ان يتم التأكد من ان القوقعة في موقع ثابت يمكنها من مقاومة المد والجذر والتيارات. وتمكن الباحثون في جامعة بوردو بولاية انديانا من فهم ان تشكيل صمغ القواقع يتطلب الحديد، وهو معدن لم يتم العثور عليه من قبل في اصماغ حيوية.
وتعتمد معظم هذه الاصماغ على البروتين. وعندما يضاف الحديد، فإن المادة الهلامية تجف، طبقا لجوناثان ويلكر، الباحث الكيميائي في الجامعة. ويبدو الحديد مميزا، فعملية التجفيف لا تقع في ظل وجود معادن اخرى تنتجها الخلايا النباتية والحيوانية. ويمكن ان يؤدي هذا الاكتشاف الى تحسين الاصماغ، وانواع الطلاء المستخدمة في مقاومة الصدأ، والاخرى المستخدمة لمقاومة التأكسد على السفن والقوارب لمنع التصاق الصدف بها. ان صناعة منتج في المختبرات عملية بعيدة كل البعد من انتاجها في مصنع، فعلى سبيل المثال، وقبل ان تبدأ الشركات في صناعة المنظفات الصناعية التي تزيل الدماء باستخدام خمائر الثعابين، فإن عليها الحصول على السم اولا. والمعروف ان معدل توالد الثعابين في الاسر محدود للغاية ، كما ان عملية الامساك بثعابين سامة «لحلبها» للحصول على السم عملية صعبة وخطيرة. ولذا فإن العلماء يطورون مزارع بكتريا في المختبرات، للخلايا التي تنتج سم الثعابين.
ومن المحتمل ان تمر عملية انتاج حرير العنكبوت عبر الطريق الصناعي. وتقول الدكتورة هاموند «لا يمكنك انتاج حرير العنكبوت بالطريقة التي تنتج بها حرير القز. والعنكبوت يأكل بعضه البعض. اذا ما وضعت عنكبوتين في قفص فسيأكل واحد منهما الاخر». ولإنتاج الياف صناعية بدأ فريق هاموند بمادة البوليرثان البلاستيكية المنتشرة التي تستخدم في صناعة مواد التغليف. وحتى الان فإن فريقها تمكن من صناعة الياف ناعمة وقابلة للمد. ويدرس اعضاؤه استخدام جزيئات في غاية الصغر لجعل الالياف اقوى.
ويحاول باحثون اخرون اختصار الطريق باستخدام التقنيات الحيوية، ففي كيوبيك بكندا بدأت شركة صغيرة هي «نكسيا بيوتكنولوجيز» في اضافة مورثة (جين) لانتاج الحرير في ماعز نيوزيلندا القزم. وهذه الحيوانات تنتج ما يتراوح بين غرامين الى 15 غراما من حرير العنكبوت لكل ليتر من الحليب، وهي كمية اكبر بكثير مما ينتجه العنكبوت. وتتولى الشركة تربية قطيعين في بلاتسبرغ بولاية نيويورك وسانت تليسفور بكويبك. وتريد الشركة انتاج كميات تصل الى خمسة اطنان من حرير العنكبوت سنويا.
المصدر :«جريده لشرق الأوسط» 22-9-2004
غير ان الباحثين يقتربون الان من فهم كيفية غزل العنكبوت لـ«الحرير» أي خيوط نسيجه، وهو ما يمكن ان يمهد الطريق نحو غزل مادة صناعية. ويعتبر حرير العنكبوت واحدا من الامثلة على........
مدى نجاح التقنيات الحيوية وابحاث الكيمياء الصناعية في تحقيق نمو متسارع في قطاع المنتجات الحيوانية. والطبيعة تعلم العلماء كيف يمكن انتاج كل شيء سواء كان ذلك انتاج منظف صناعي افضل، او طلاء مقاوم للصدأ.
* محاكاة الطبيعة
* مع مرور الوقت ستنتج «المصانع الحيوية» كميات كبيرة من الخلايا والانسجة من مواد حيوانية مفيدة، طبقا لتكهنات موري مو يونغ، المهندس الكيميائي في جامعة ووترلو في كندا. ويأتي العنكبوت على رأس القائمة لأنه ينتج العديد من الاشياء المفيدة، بما في ذلك واحدة من اقوى المواد في العالم. وتوضح بولا هاموند، استاذة الهندسة الكيميائية في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا، طبيعة حرير العنكبوت، وتقول «اذا ما دفعت شبكة العنكبوت فستلاحظ انها تتمدد قبل ان تنقطع. ويمر حرير العنكبوت عبر هذا النوع من التمدد قبل الانقطاع، وبذلك تمتص الطاقة. وعملية امتصاص الطاقة هي ما يجعل هذه المادة في غاية القوة».
ويغزل العنكبوت الحرير عن طريق افراز سائل، وهو مادة بروتينية ليفية شبيها بالكيراتين، وهو البروتين الموجود في الشعر وفي القرون. وهذا البروتين يجف خلال عملية الافراز، وهي عملية بدأ العلماء في فهمها في الاونة الاخيرة، الا انهم لم يتمكنوا حتى الان من انتاج الياف بنفس القوة.
واخيرا اكتشف باحثون في جامعة تافتس بالقرب من بوسطن طريقة انتاج العنكبوت ودودة القز لمثل هذه الالياف القوية، كما اوضح دافيد كبلان مهندس الطب الحيوي في تافتس.
وعن طريق استخدام التوازن المائي في اجسامهما يمكن للعنكبوت ودودة القز التحكم في عملية صناعة الحرير بمنع البروتين من التجمد بسرعة. وقد نسخ دكتور كابلان العملية في المختبر، وهو ما قدم للعلماء منطلقا جديدا لصناعة حرير صناعي وزاد الامال في تصنيع مجموعة كبيرة من المنتجات تتراوح بين الدروع الواقية والملابس والحبال القوية جدا.
كما لجأ العلماء الى العنكبوت بأمل انتاج مبيد حشري مثالي، يمكنه ان يستهدف ويقتل حشرات محددة مدمرة للمحاصيل، بينما لا يشكل أي تهديد لحشرات اخرى او للبشر او الحيوانات، كما يقول غلين كينغ الباحث في جامعة كونتيكت. وينتج عنكبوت استرالي يفرز شبكة مخروطية مادة سامة تحتوي على اكثر من 100 عنصر. وتقتل العديد من هذه العناصر انواعا محددة من الحشرات. ويوضح كينغ انه «يمكن عزل هذه العناصر من سم العنكبوت ووضعها في فيروس عادي يؤثر فقط على الحشرات، ويمكن للفيروس ان يستهدف حشرة معينة». ويمكن بتلك الطريقة انتاج مبيدات حشرية سليمة وآمنة بيئيا.
وهناك نوع آخر من سم الثعابين ربما يساعد مستقبلا في غسل الملابس. فقد اكتشف ديفين ايموتو، استاذ الكيمياء بجامعة ويتير بكاليفورنيا، ومجموعة من طلابه ان انزيما (خميرة) يتم استخلاصه من سم نوع من الثعابين في فلوريدا يمكن استخدامه لإزالة بقع الدم من الملابس. ومعروف ان منظفات الملابس تحتوي على خمائر تصنعها البكتريا، إلا ان استخدام الخمائر التي تفرزها حيوانات كبيرة يعتبر اكتشافا جديدا. تعمل خميرة الثعبان المذكور على تفكيك العناصر المكونة لبقع الدم بعد ان تجف وتلصق بانسجة الملابس. ولا تزال الابحاث في المراحل الاولى لها، ولا توجد شركة مهتمة حتى الان بوضع خمائر سم الثعابين في المنظفات.
وهناك حيوانات اخرى تقدم بعض الفرص لصناعة منتجات جديدة اكثر فاعلية. فعلى سبيل المثال، القواقع تلتصق بأشياء مثل الصخر، واقراص الاسمنت، وببعضها البعض. وتكشف النظرة المقربة عن عشرات من الخيوط الدقيقة التي تمتد من اجسادها لكي ترتبط بالصخور. ويوجد في القواقع ايضا عضو يطلق عليه «القدم» يتمدد، ويلصق كل خيط بشيء ثابت بواسطة كمية قليلة للغاية من الصمغ.
وتكرر «القدم» العملية الى ان يتم التأكد من ان القوقعة في موقع ثابت يمكنها من مقاومة المد والجذر والتيارات. وتمكن الباحثون في جامعة بوردو بولاية انديانا من فهم ان تشكيل صمغ القواقع يتطلب الحديد، وهو معدن لم يتم العثور عليه من قبل في اصماغ حيوية.
وتعتمد معظم هذه الاصماغ على البروتين. وعندما يضاف الحديد، فإن المادة الهلامية تجف، طبقا لجوناثان ويلكر، الباحث الكيميائي في الجامعة. ويبدو الحديد مميزا، فعملية التجفيف لا تقع في ظل وجود معادن اخرى تنتجها الخلايا النباتية والحيوانية. ويمكن ان يؤدي هذا الاكتشاف الى تحسين الاصماغ، وانواع الطلاء المستخدمة في مقاومة الصدأ، والاخرى المستخدمة لمقاومة التأكسد على السفن والقوارب لمنع التصاق الصدف بها. ان صناعة منتج في المختبرات عملية بعيدة كل البعد من انتاجها في مصنع، فعلى سبيل المثال، وقبل ان تبدأ الشركات في صناعة المنظفات الصناعية التي تزيل الدماء باستخدام خمائر الثعابين، فإن عليها الحصول على السم اولا. والمعروف ان معدل توالد الثعابين في الاسر محدود للغاية ، كما ان عملية الامساك بثعابين سامة «لحلبها» للحصول على السم عملية صعبة وخطيرة. ولذا فإن العلماء يطورون مزارع بكتريا في المختبرات، للخلايا التي تنتج سم الثعابين.
ومن المحتمل ان تمر عملية انتاج حرير العنكبوت عبر الطريق الصناعي. وتقول الدكتورة هاموند «لا يمكنك انتاج حرير العنكبوت بالطريقة التي تنتج بها حرير القز. والعنكبوت يأكل بعضه البعض. اذا ما وضعت عنكبوتين في قفص فسيأكل واحد منهما الاخر». ولإنتاج الياف صناعية بدأ فريق هاموند بمادة البوليرثان البلاستيكية المنتشرة التي تستخدم في صناعة مواد التغليف. وحتى الان فإن فريقها تمكن من صناعة الياف ناعمة وقابلة للمد. ويدرس اعضاؤه استخدام جزيئات في غاية الصغر لجعل الالياف اقوى.
ويحاول باحثون اخرون اختصار الطريق باستخدام التقنيات الحيوية، ففي كيوبيك بكندا بدأت شركة صغيرة هي «نكسيا بيوتكنولوجيز» في اضافة مورثة (جين) لانتاج الحرير في ماعز نيوزيلندا القزم. وهذه الحيوانات تنتج ما يتراوح بين غرامين الى 15 غراما من حرير العنكبوت لكل ليتر من الحليب، وهي كمية اكبر بكثير مما ينتجه العنكبوت. وتتولى الشركة تربية قطيعين في بلاتسبرغ بولاية نيويورك وسانت تليسفور بكويبك. وتريد الشركة انتاج كميات تصل الى خمسة اطنان من حرير العنكبوت سنويا.
المصدر :«جريده لشرق الأوسط» 22-9-2004