Cheryl Hayashi
925,502 views • 14:28

Mai előadásom a pókokról szól. Csodálatos állatok, s rengeteget tanulhatunk tőlük. A pókok igazi világpolgárok. Szinte minden szárazföldi élőhelyen megtalálhatóak. Ez a piros folt az észak-amerikai Nagy-medencét jelzi. Egy ott működő biodiverzitás projektben dolgozom kollégáimmal. A képen az egyik helyszínt láthatják. S hogy a léptéket is érzékeltessem: ez a kis kék folt középen az egyik kollégám kabátja. Zord és meddő táj ez, s mégis sok pókfajta él itt. Az egyik szikladarab alatt bogárral birkózó karolópókot találtunk.

A pókok bárhol megélnek, és rendkívül sok fajuk van. Egészen pontosan több mint 40 000 pókfajt ismerünk. Szemléltetésként a kép alatti oszlopgrafikon összeveti a 40 000 pókfajt a főemlősök 400 fajának számával. Két nagyságrenddel több pókfajt ismerünk. A pókok rendkívül régi faj. A diagram alján a földtörténeti időskálát láthatják. A számok jelentől számított évmilliókat jelölnek. A nulla pedig a jelent jelzi. Az ábra az mutatja, hogy a pókok több, mint 380 millió évvel ezelőtt jelentek meg a Földön. Összehasonlításképpen ez a vörös függőleges vonal azt jelzi, hogy mikor vált el az ember a csimpánzfajoktól. Tehát mindössze hétmillió éve.

Minden pókfaj sző pókselymet az élete során. Szinte minden pókfaj temérdek pókselymet használ, mert a pókselyem túlélésük és szaporodásuk alapvető feltétele. Már az őspókok is szőttek pókselymet. Ezen a kövületen jól látszódnak a kitüremkedő fonószemölcsök. Tehát a pókok és a pókselyem is több, mint 380 millió éve létezik. A pókászok gyorsan felfigyelnek arra, hogy a pókselyem nélkülözhetetlen a pókok életének minden területén. A pókok sokféleképpen használják a pókselymet. Például biztonsági kötélnek, de ebbe csomagolják petéiket is, fészket készítenek belőle pihenőhelynek és pókselyemmel vadásznak.

Sokféle pókselyem létezik. Ez a keresztespók például hétféle selymet tud előállítani. Ha megnézik ezt a kerekhálót, nem is sejthetik, de többféle selyemszálat látnak. Hálója keretét és küllőit egy bizonyos selyemből szőtte a pók, míg a zsákmányfogásra szolgáló fogóspirál kétfélét is tartalmaz: magát a szálat, és a ragacs-cseppeket. Hogyan képes egyetlen pók többféle selyem előállítására? Erre a kérdésre úgy találunk választ, ha közelről megnézzük a fonószemölcseiket. Ezekből buggyan elő a selyem. Mi, pókászok a potrohot ezért csak a pók "serény felének" nevezzük. (Nevetés) Hosszú napokon keresztül... Min nevetnek? Nekem ez az életem. (Nevetés) Hosszú napokon és éjszakákon keresztül mustráljuk a pókok hátsó fertályát, és a következőket állapíthatjuk meg. A fonószemölccsel többféle selyemszálat tud előállítani, mert mindegyiken sok kis cséve van. Mindegyik szál egy-egy csévéből jön, s ha megpróbáljuk útját visszafelé, a potroh felé követni, azt vesszük észre, hogy mindegyik cséve egy-egy szövőmirigyhez vezet. Maga a mirigy kis zsákra hasonlít, és sok fehérje lapul benne. Ha egyszer lehetőségük nyílik egy kerekhálós pók felboncolására, – remélem, valóban akad rá alkalmuk –, sok-sok gyönyörű, áttetsző szövőmirigyre bukkanhatnak a pók potrohának belsejében.

Több száz, néha akár több ezer ilyen mirigyre. Ezeket hét kategóriára oszthatjuk. Méretük, formájuk és színük különbözik. Egy kerekhálós pók hétféle szövőmiriggyel rendelkezik. A következő ábrán láthatják őket, kezdjük, mondjuk, egy óránál: ott hengeres szövőmirigyeket láthatnak. A selymükből a petecsomag burka készül. Továbbá az összetett ostorszerű mirigyek, melyek selyme együttesen a ragacsos zsákmányfogó spirált képezi. A körte alakú szövőmirigyek a kötőcementet választják ki. Ez a selyem rögzíti a selyemszálakat az alaphoz. A bogyóformájú mirigy selymébe csomagolják a pókok a zsákmányukat. A kis öblös mirigy selyme a hálószövésnél játszik nagy szerepet. A legtöbbet azonban a nagy öblös mirigy selymét tanulmányozzuk. Ez a selyem alkotja a háló keretét és küllőit, valamint a biztonsági köteleket is.

De tulajdonképpen mi a pókselyem? Szinte kizárólag fehérjéből áll. Szinte mindegyik ilyen selyemfehérje egyetlen géncsaládra vezethető vissza. Ez azt jelenti, hogy a ma ismert sokféle selymet egyetlen géncsalád kódolja. Tehát, valószínűleg az őspókok egyféle selymet készítettek. A 380 millió évnyi fejlődés alatt ez a selyemgén megduplázódott, majd mutálódott, specializálódott, újra és újra, mindaddig, amíg a ma ismert sokféle különböző pókselyem létre nem jött. Sok közös tulajdonságuk van a pókselymeknek. Például az alapszerkezetük. A bennük található fehérjék mondhatni szokatlanul hosszúak a többi fehérjéhez képest. Gazdagok glicinben és alaninben, szinte csak e két aminosav ismétlődéséből állnak. Hogy érzékeltessem, a pókselyem-fehérje szerkezetét, itt egy biztonsági kötelet láthatnak. Pontosabban, csak a részletét. Konkrétan egy fekete özvegy selymét. Ez az ám a nekem való szekvencia! Éjjel-nappal tudnám nézni! (Nevetés)

Az ábrán minden aminosav egy-egy betűvel és színnel van jelölve. A glicinek zöldek, az alaninok pirosak, s így jól látszik, hogy csak G-ből és A-ból áll a fehérje. Azt is megfigyelhetik, hogy sok-sok rövid szekvencia ismétlődik újra és újra. Például, egészen sok polialanin van, vagy ún. iterált alanin, AAAAA. Vagy pl GGQ. Amott pedig GGY. Ezek a rövidebb szekvenciák, kicsit olyanok, mint a szavak, amelyek mondatokká állnak össze. Pl. ez a szekvencia itt olyan, mint egy mondat, és egy pókselyemfehérjén belül az ilyen zöld és piros régiók váltakoznak és ismétlődnek, akár százszor is, vagy tízezerszer, akár egyetlen pókselyem-molekulában.

Ugyanazon pók által szőtt fonálszálak is teljesen eltérő szekvenciákból állhatnak. A képernyő tetején egy darázspók biztonsági kötelének ismétlődő szekvenciáit látják. Rövid szekvencia. Alul pedig, ugyanazon példány petecsomagburkának fehérjéjét, azaz a hengerszerű mirigy selymét. Mennyire radikálisan különbözőek ezek a pókselyemfehérjék! Számomra ez a pókselymet kódoló géncsalád sokféleségének legszebbje. Látják: az ismétlődő egységek hossza különböző. De a szekvenciáké is. Ismét zöldre színeztem a glicineket, az alaninokat pirosra, a szerineket pedig, amit az S betű jelöl, lilára. Figyeljék meg, hogy a felső ismétlődő szekvencia szinte csak zöldből és pirosból áll, míg az alsóban van egy jó nagy adag lila is. Mi, selyembiológusok a fehérjeszekvenciák szerkezete és a fonál mechanikai tulajdonságai közti összefüggéseket keressük.

Kapóra jön nekünk, hogy a pókok a selymüket testükön kívül használják fel. így rendkívül egyszerű laboratóriumban kísérletezni velük. Pont ugyanolyan körülmények között, mint a természetben, ahol a pókok a selymet használják. Emiatt rendkívül könnyen meghatározhatjuk a pókselymet mennyiségileg, például szakító-szilárdság szempontjából, ami nagyjából azt jelenti, hogy húzzuk a szál egyik végét. Az ábrán görbéket láthatnak, ugyanazon pók ötféle selymének szakítószilárdságát mutatja. Megfigyelhetik, hogy mind az ötféle selyem máshogy viselkedik. A függőleges tengely például a feszültséget jelöli. Figyeljék meg, hogy a maximális feszültség értéke mindegyik selyem esetében más. A biztonsági kötelek pókfonala, a nagy öblös mirigy selyme a legerősebb. Úgy véljük, azért van ez így, mert a háló keretét és küllőit alkotó selyemnek erősnek kell lennie.

Ha azonban a terhelést nézik, tehát azt, hogy mennyit tud nyúlni egy adott szál –, a maximális értékek itt is sokfélék. Itt viszont a fogóspirált alkotó ostorszerű mirigy selyme a legerősebb. Ez a fajta pókselyem eredeti hosszának akár kétszeresére is nyúlhat. Tehát a pókselymek szakítószilárdsága és rugalmassága is változó. A fogóspirálnak rugalmasnak kell lennie, hogy elbírja a becsapódó zsákmány erejét. Ha nem lenne ennyire nyúlékony, akkor a becsapódó rovar egyszerűen lepattanna róla. Ha a háló csak biztonsági kötélből állna, akkor a rovar egyszerűen lepattanna. De a zsákmányfogó spirál pókselyme annyira nyúlékony, hogy a háló elbírja az elfogott zsákmány becsapódásának a hatását.

Még az ugyanazon pók által készített selymek is rendkívül változatosak. Ezt nevezzük a pók eszközkészletének. Azok tartoznak ide, melyekkel a pók a környezetével érintkezik. De vajon ugyanilyen változatosak-e a különböző pókfajok selymei is? Erről a területről csak kevés adat áll a rendelkezésünkre. Ez az ábra huszonegyféle pók biztonsági kötelének erejét hasonlítja össze. Van köztük kerekhálós pók, és néhány más hálókészítő pók is. Volt olyan feltételezés, mely szerint a kerekhálós pókok hálójában kellene a legerősebb biztonsági kötélnek lennie, mert repülő zsákmányt kell elfogniuk. Ezen az erősséget ábrázoló diagramon minél magasabban van a fekete pont, annál erősebb a selyemfonál.

A huszonegy fajt ez a törzsfejlődési ábra, azaz evolúciós törzsfa mutatja, ezen láthatók a genetikai kapcsolatok is. A kerekhálós pókokat sárgával jelöltem. Ez a két piros nyíl az aranyhálós keresztespók és a koronás keresztespók biztonsági köteléhez kapcsolódó értékekre mutat. A szintetikus pókselyem előállítására fordított idő és pénz többsége e két faj selymének mesterséges előállítására ment el. Azonban nem ezek a fonalak a legerősebbek. E szerint a felmérés szerint, itt a fehér területen látjuk, a legerősebb pókfonalat nem kerekhálós pók készíti. A fajt csupaszpóknak hívják, angol beceneve "köpködő pók". A csupaszpók egyáltalán nem sző hálót. Helyette elrejtőzik, és arra vár, hogy közel kerülhessen a zsákmányához, majd selyemszerű méreggel befújja. Kicsit olyan, mint a Pókember stratégiája, aki ellenfeleit hálóval fogja el. Azt nem tudjuk, hogy a csupaszpók miért sző ennyire erős fonalat. De pontosan e váratlan eredmények miatt ennyire izgalmas és értékes a biokutatás. Felszabadítja a képzeletünket.

Összehasonlításképpen berajzolom most a nejlonszál, a bombyx – a házi selyemhernyó selyme –, a gyapjú, a kevlár és a szénszál szilárdsági értékeit is. Megfigyelhetik, hogy szinte bármelyik pókselyemszál sokkalta erősebb. Ezért is ennyire különleges anyag. Egyszerre rugalmas, erős és nagy szakítószilárdságú. Ezért figyeltek fel rá a bionikusok, tehát azok a kutatók, akik az innovatív megoldásokat a természetben keresik. Azonfelül, hogy a pókselyem erős, szilárd és rugalmas, nem vált ki immunreakciót sem. Emiatt sokféle biomedikus alkalmazása is lehetne. Például, mesterséges inak egyik fontos alapanyagává válhatna. De irányíthatná az idegek újranövekedését is, vagy mint a szövetek növekedését szolgáló egyféle állványzat.

A pókselymek fontosak golyóálló tulajdonságuk miatt is. A pókselymet be lehetne építeni golyóálló viseletbe és burkolatokba, amelyek ezáltal könnyebbek és rugalmasabbak lennének, mint bármilyen ma kapható szövet. Ezeken a biomimetikus alkalmazásokon túl számomra a pókselyem tanulmányozása önmagában is érdekfeszítő. A legszebb pillanat az, mikor épp a laborban ülök, és egy új pókselyem génszekvencia érkezik. Életem legszebb pillanatai ezek! (Nevetés) Olyan, mintha a pókok egy ősi titkot osztanának meg velem. Ezért fogom én az életem hátralevő részét pókselymek tanulmányozásával tölteni. Mikor legközelebb pókhálóra bukkannak, kérem, álljanak meg egy pillanatra. Nézzék meg közelebbről. A természet egyik legsokoldalúbb anyagát szemlélik. Ahogy Charlotte, a pók is megírta: a pókselyem csuda klassz.

Köszönöm a figyelmüket. (Taps)

(Taps)