Creaturile marine lipicioase ne pot învăța cum să facem adeziv

Cum ar fi să putem folosi puterea adezivă a creaturilor marine cum sunt midiile, stridiile și scoicile care refuză să se desprindă chiar și pe litoralul lovit de furtuni? Avântați-vă împreună cu omul de știinșă Jonathan Wilker în lumea minunată a animalelor ce își creează propriul adeziv și ciment pentru a vedea câteva dintre lucrurile uimitoare pe care le putem învăța de la ele.

Aș vrea să mă însoţiţi într-o excursie

și aș vrea să mergem cu toții pe plajă,

să ne bucurăm de briza sărată a mării,

să coborâm aproape de mal,

unde veți putea observa
că suntem loviți de valuri,

fiindu-ne greu să rămânem nemișcați.

Dar acum priviți în jos

și veți observa

că stâncile sunt acoperite
de tot felul de creaturi

care stau nemișcate fără probleme.

Asta arată că dacă vreți să supraviețuiți

în acest mediu extrem de solicitant,

existența voastră depinde, de fapt,
de capacitatea de a produce adeziv.

Permiteți-mi să vă prezint
câțiva dintre eroii poveștii noastre,

doar câțiva dintre ei.

Acestea sunt midii

și puteți observa că acoperă stâncile.

Au creat adezivi,

sunt lipite de stânci

și, de asemenea, sunt lipite între ele,

se înghesuie într-un grup.

Acesta este un prim plan
al unui recif de stridii,

iar stridiile sunt uimitoare.

Acestea se „cimentează” una de cealaltă

și construiesc rețele uriașe de recife.

Pot avea kilometri lungime,
ajungând la metri adâncime.

Au, probabil, o influență crucială

asupra sănătății
ecosistemului marin de coastă,

deoarece filtrează constant apa,

fixează nisipul și solul.

De fapt, și alte specii trăiesc
în acest recif.

Gândiți-vă ce se întâmplă
când vine furtuna!

Dacă furia furtunii se lovește mai întâi
de kilometri de recife,

coasta din spatele lor va fi protejată.

Deci au o influență majoră.

Dacă ați fost pe o plajă stâncoasă
aproape oriunde în lume,

probabil știți cum arată scoicile.

Ceea ce fac aceste animale...

și sunt multe altele,
acestea fiind doar trei dintre ele...

Ele creează adezivi,

se lipesc una de cealaltă,
se lipesc de stânci

și construiesc comunități,
iar făcând asta

au mai multe șanse de supraviețuire.

Astfel, fiecare individ în parte
este supus mai puțin turbulențelor

și tuturor distrugerilor
ce pot apărea în acel mediu.

Deci, se înghesuie într-un grup.

De asemenea,
sunt mai în siguranță în grup

deoarece sunt ferite de prădători.

Pentru că dacă un pescăruș,
să zicem, vrea să le mănânce,

acestuia îi este dificil să o facă
dacă ele sunt lipite laolaltă.

Apoi mai ajută
în eficientizarea reproducerii.

Vă puteți imagina,
când domnul și doamna scoică decid:

„Bine, este timpul să facem scoicuțe...”

Deocamdată, nu vă voi spune
cum fac asta...

dar când decid că este timpul să o facă,

le este mult mai ușor să se reproducă

dacă trăiesc laolaltă.

Deci, dorim să înțelegem
cum fac asta, cum se lipesc

și nu vă pot da toate detaliile

pentru că încă încercăm să ne dăm seama.

Permiteți-mi să vă dau un indiciu

despre ceea ce încercăm să facem.

Aceasta e o fotografie a unui sistem
de acvarii din laboratorul nostru,

iar tot ceea ce vedeți face parte
din acest sistem.

Aici ținem...

și puteți vedea niște midii
pe fundul acvariului din sticlă.

Răcim apa, menținem ciclul de lumină,

avem chiar și turbulențe în sistem

deoarece animalele ne produc
mai mult adeziv

când apa este agitată.

Deci, le facem să producă adeziv,
îl colectăm, îl studiem.

Sunt aici în Indiana.

Ele au impresia
că sunt în Maine, în februarie,

și par destul de fericite,
după câte ne putem da seama.

Lucrăm și cu stridiile,

iar fotografia de sus reprezintă
un mic recif din Carolina de Sud.

Suntem foarte interesați de modul
în care se atașează una de cealaltă,

cum se conectează.

În imaginea de jos puteți vedea

două stridii care se „cimentează”
una de cealaltă.

Și dorim să știm ce se află între ele.

Astfel, de multe ori
le tăiem și le studiem.

În următoarea serie de imagini de aici

puteți vedea, în imaginea de jos,
două cochilii:

cochilia unui animal
și cochilia celuilalt,

iar cimentul este între ele.

Dacă vă uitați la imaginea din dreapta,

puteți vedea

structura cochiliei fiecărui animal,

iar cimentul arată diferit.

Folosim tot felul de ustensile
sofisticate din biologie și chimie

pentru a înțelege ce se întâmplă

și aflăm că structurile sunt diferite

și chimia este diferită,
ceea ce este foarte interesant.

Iar această fotografie...

Dați-mi voie să revin
înainte de a vă spune ce este!

Știți desenele animate
„Autobuzul Magic”?

Sau dacă sunteți mai în vârstă,
„Călătorie fantastică”, nu-i așa?

Vă amintiți că aveau niște personaje

care se micșorau la nivel microscopic

și apoi se învârteau ca un titirez,

înotau și zburau
prin aceste structuri biologice?

Mă gândesc că avem o situație similară,
doar că acum este ceva real.

Astfel, având două stridii
care sunt lipite,

această zonă era acoperită
complet cu ciment

și am observat că cimentul
are multe componente,

dar, fără a intra în detalii,
sunt porțiuni dure, nelipicioase

și porțiuni moi, lipicioase,

iar noi am îndepărtat în mod selectiv
porțiunile nelipicioase

pentru a vedea ce rămâne
și ce leagă de fapt animalele.

Aici putem vedea acest adeziv lipicios

care le ține împreună.

Cred că este o imagine grozavă

pentru că ne putem imagina
zburând prin această structură.

Sunt câteva din lucrurile
pe care le facem pentru a înțelege

cum creează animalele marine
aceste materiale.

Dintr-o perspectivă fundamentală,
este incitant să aflăm.

Dar, ce vrem să facem
cu această informație?

Există multiple aplicații tehnologice

dacă reușim să folosim
ceea ce fac animalele.

Permiteți-mi să vă dau un exemplu!

Imaginați-vă că sunteți acasă

și spargeți statueta preferată,
o cană sau ceva de genul acesta!

Vreți să o reparați.

Unde vă duceți?

Vă duceți în locul meu preferat din oraș,

și anume pe culoarul cu adezivi
din magazinul de bricolaj.

Știu unde vă petreceți serile,

sunteți oameni sofisticați,
faini pentru că sunteți aici.

Voi mergeți în baruri și la concerte...

eu îmi petrec aici fiecare seară.

În fine, ceea ce vreau să faceți

este să luați toți adezivii
disponibili pe raft,

să îi luați acasă,

dar înainte de a încerca
să lipiți bucățile,

vreau să încercați asta
într-o găleată cu apă.

Nu va funcționa, nu-i așa?
O știm cu toții.

Dar sigur biologia marină
a găsit o soluție.

De aceea trebuie să găsim metode
de a o copia.

Una dintre problemele care apar este

că nu putem lua, pur și simplu,
materialele de pe plajă,

deoarece dacă luăm niște midii

și încercăm să le scoatem adezivul,

vom obține puțin material

dar nicidecum destul
încât să putem face ceva cu el,

încât să putem vedea.

Va trebui să ne extindem,
ideal, la scara unui vagon de tren.

Deasupra este imaginea
uneia dintre moleculele

folosite de animale pentru a crea adeziv.

Acestea sunt molecule
foarte lungi, numite proteine,

iar aceste proteine conțin elemente unice

care le determină proprietățile adezive.

Noi vrem să luăm aceste elemente chimice,

să le inserăm în alte molecule lungi

pe care le putem crea
la scară foarte mare,

știute drept
materiale plastice sau polimeri.

Astfel, simplificăm un pic ceea ce facem

inserând și chimia adezivă
în aceste molecule mari.

Făcând asta, am creat
mai multe sisteme adezive,

și arată destul de bine
când creezi un adeziv nou.

Ce facem atunci?

Fugim prin laborator
lipind la loc tot ce apucăm.

Am luat puțin adeziv,
am lipit două bucăți de metal

și am vrut să atârnăm ceva,

așa că am folosit o oală cu midii
și ne-am crezut foarte isteți.

(Râsete)

Sigur putem face adesea
cantități mult mai mari

și putem face o comparație
cu adezivii comerciali.

Iar acum avem materiale
mai puternice decât superglue.

Eu cred că este grozav.

Este o zi bună în laborator.
E mai puternic decât superglue.

Și mai putem face ceva:

acesta este un bazin cu apă de mare,

iar în seringă este o formulă de adeziv

pe care îl aplicăm sub apă

pe o bucată de metal.

Apoi, vrem să creăm
o îmbinare, o legătură adezivă.

Luăm încă o bucată de metal

și o poziționăm acolo.

Necesită o perioadă pentru a se întări,

așa că punem o greutate
peste ea. Doar atât!

Acesta este un tub
cu plumb în el. Doar atât!

Apoi îl lăsăm o perioadă.

Nu a avut contact cu aerul.
Este complet scufundat sub apă.

Și îl ridicăm.

Niciodată nu știu ce se va întâmpla.

Mereu am emoții.

Îl ridicăm...

și s-a lipit.

Mi se pare grozav!

Deci chiar putem crea o adeziune
foarte puternică sub apă.

Probabil, este cel mai puternic
sau printre cei mai puternici

adezivi utilizabili sub apă existenți.

Este chiar mai puternic
decât adezivii produși de animale,

deci pentru noi este foarte incitant.
Este grozav!

Ce vrem să facem cu aceste lucruri?

Iată niște produse pe care le cunoșteți.

Gândiți-vă la telefon, la laptop,
la placajul din multe construcții,

la interiorul mașinii, la pantofi,
la cărțile de telefoane și altele.

Toate sunt lipite cu adezivi.

Și sunt două probleme
principale cu adezivii

din aceste materiale.

Prima problemă este toxicitatea lor.

Cel mai nociv este placajul.

Placajul, o mare parte din mobilier
sau parchetul laminat...

conţin în adezivii folosiți formaldehidă,

un compus chimic despre care ați auzit.

Este un gaz care este cancerigen.

Construim mult cu acești adezivi

și inspirăm mult gaz cancerigen.

Asta nu-i bine, nu-i așa?

A doua problemă este
că acești adezivi nu se degradează.

Și ce faceți cu pantofii, mașina
sau chiar laptopul

când au încetat a vă mai fi de folos?

Majoritatea ajung la groapa de gunoi.

Și există multe materiale prețioase

pe care am dori să le reciclăm,

dar nu o putem face ușor

pentru că sunt lipite strașnic.

Iată cum putem încerca
să rezolvăm unele probleme:

am luat altă moleculă lungă,

ce poate fi obținută din porumb,

iar în această moleculă

am pus formula chimică adezivă a midiilor.

Și pentru că folosim porumbul și midiile,

îl numim polimerul „combinat”.

Și lipește foarte bine.

Este foarte puternic.

Și este de natură biologică.
Frumos!

Dar și mai important este
că este degradabil

și îl putem degrada ușor, cu apă.

Astfel, putem asambla obiecte

și le putem lipi bine atunci când vrem,

dar le și putem dezasambla.

Ne gândim la asta.

La asta ne dorim
mulți dintre noi să ajungem.

De fapt, în acest caz,
nu ne dorim să ajungem la asta,

dar ne-ar plăcea să înlocuim asta.

Suturi, copci chirurgicale, șuruburi:

astfel sunteți vindecați
în urma unei operații sau răni.

Este groaznic, doare!

În cazul suturilor,
exercităm atât de mult...

stress mecanic concentrat
atunci când facem legăturile.

Creăm zone propice infecției.

Nu e bine să facem găuri în țesut sănătos.

Dacă este nevoie de o placă metalică
pentru susținerea oaselor,

este necesară găurirea osului sănătos

pentru a pune placa metalică.

Este groaznic!

Toate acestea mi se par născocite
într-o cameră de tortură medievală,

dar e parcursul chirurgical modern.

Așa că mi-ar plăcea să înlocuim
asemenea sisteme cu adezivi.

Lucrăm la asta, dar nu este ușor.

Gândiți-vă ce fel de adezivi
ar fi necesari în aceste cazuri!

În primul rând, este necesar
un adeziv ce se fixează

într-un mediu umed.

După cum vedeți, imaginea
aceea caraghioasă

arată cum trupurile noastre sunt 60% apă,

deci, un mediu umed.

De asemenea arată
de ce sunt om de știință și nu artist.

Nu mi-am ratat vocația deloc.

De asemenea, adezivii biomedicali,
pentru a fi de calitate,

trebuie, bineînțeles,
să facă legături puternice

și să nu fie toxici.

Nu vrem ca pacienții să sufere.

Este destul de ușor ca materialul
să fie conform cu două dintre cerințe.

S-a realizat asta de multe ori,
dar nu pentru toate trei.

Este foarte dificil.

Dacă le spui, chirurgii devin pretențioși.

„Ah, de fapt, vreau un adeziv
care să se fixeze pe durata operației.”

Sau: „Ah, vreau
ca adezivul să se degradeze

pentru ca țesutul pacientului
să poată remodela locul.”

Este foarte dificil.
Lucrăm la asta.

Această imagine

arată cum luăm tot felul de oase și piele,

țesut moale și țesut tare
pe care, câteodată, le lovim cu ciocanul.

De obicei, le tăiem în forme precise,

iar apoi le lipim la loc.

Am avut rezultate foarte interesante,
materiale puternice,

ce nu par să fie toxice,

se fixează și ude,

dar nu vă voi spune că am rezolvat
problema aderenței în mediu umed

pentru că nu am făcut-o.

Dar, cu siguranță,
asta urmărim pentru viitor.

Acesta este unul dintre domeniile
în care am vrea ca lucrurile să evolueze.

Și mai există multe alte domenii
care ar fi mult mai avantajate

dacă ar putea utiliza mai mulți adezivi.

Chiar și cosmetica.

Gândiți-vă la persoanele
care își pun unghii sau gene false.

Ce folosesc?

Folosesc adezivi toxici
în momentul de față.

Deci, a venit timpul să-i înlocuim.

Asta ne-ar plăcea să facem.

Și mai sunt și alte domenii.

Gândiți-vă la mașini, la avioane.

Cu cât sunt mai ușoare,

cu atât au un consum
de combustibil mai mic.

Dacă am scăpa de nituri și sudură,

folosind mai mult adeziv,

ar putea fi mai bine

pentru viitorul mijloacelor de transport.

Pentru toate acestea trebuie
să ne întoarcem pe plajă.

Ne uităm în jur și ne întrebăm,
„Cum se lipesc creaturile acestea?

Ce putem face cu această tehnologie?”

Aș spune că mai avem
foarte multe de învățat

din biologie și de la natură.

Aș vrea să vă încurajez ca pe viitor

să renunțați la telefoanele
și laptopurile nereciclabile

și să ieșiți în natură, să explorați,

iar apoi să vă puneți propriile întrebări.

Vă mulțumesc mult!

(Aplauze)