Megváltó titkot őriz a kalmárok tapadókorongja

Az óriáskalmárok a mélytengeri élővilág legnagyobb gerinctelen élőlényei

Önjavító szövet és dörzsölésálló védőbevonat készülhet belőle, de gyógyszereket is célba juttathat a kalmárok tapadókorongjában talált varázsfehérje, amely sok fontos szerepkörben helyettesítheti a hagyományos környezetszennyező műanyagokat.

Okosruházat és a rémtörténetek tengeri szörnyei

A kalmárok a fejlábúak törzsébe tartozó tintahalak nyurgább és sokszor jóval nagyobbra növő rokonai. A tengerészek rémtörténeteiben felbukkanó tengeri szörnyek némelyike is a mélytengerekben élő, tíz métert is meghaladó testhosszú óriáskalmárok közül került ki.

Az óriáskalmárok a mélytengeri élővilág legnagyobb gerinctelen élőlényei Forrás: Marine Biology

Most azonban a kalmárok nyolc izmos fogókarján sorakozó, fogas gyűrűkkel felfegyverzett tapadókorongok,

amelyek nem ok nélkül váltottak ki riadalmat a hajósok körében,

a borzongásnál valami hasznosabbat is nyújthatnak nekünk: a gyűrűket alkotó egyik újonnan felfedezett fehérje a hagyományos műanyagok környezetbarát alternatíváját kínálja.

Felnyúlnak egy szörfös deszkájára a kalmár ijesztő tapadókorongos karjai Forrás: James Taylor/Instagram

A Frontiers in Chemistry című folyóiratban közölt cikk szerint

a kalmárszívókorongból származó fehérje a hagyományos műanyagokkal megvalósíthatatlan feladatokra is alkalmas:

a belőle alkotott szálakból és vékony rétegekből az élettani paramétereket figyelő okosruházat készülhet, és a segítségével olyan önjavító szövet hozható létre, amely csökkentheti a mikroműanyag-szennyezést.

Így néz ki közelről egy lakatlan csendes-óceáni sziget műanyaghulladékkal szennyezett partvonala Forrás: PNAS

Bármi, ami ebből az anyagból áll, környezetbarát és biológiailag lebontható, az ipari léptékű termelés pedig egyetlen kalmár életének kioltása nélkül, laboratóriumi körülmények között megvalósítható.

Százévnyi műanyagterror után kezdjük meghallani a Föld figyelmeztető szavát

„A kalmár fehérjéjéből készült új generációs anyagok az energiaszektortól az orvosláson át a biztonságtechnikai és katonai felszerelésekig a legkülönbözőbb területeken alkalmazást nyerhetnek – állítja Melik Demirel, a Penn State University (Egyesült Államok) anyagtudósa, aki az egyetem száltechnológiák fejlesztéséért felelős kutatóközpontjának vezetője.

Óriáskalmár (Architeuthis dux) Forrás: Discovery

– A cikkben áttekintjük, mit tudunk ma a kalmár fogasgyűrű-fehérjéből készülő anyagokról, amelyek környezetbarát

és ökológiailag fenntartható jellegüknél fogva

a műanyagok elsőrangú alternatíváját kínálják.” Ahogy az emberiség százévnyi gátlástalan műanyagtermelés után lassan kezdi meghallani a bolygó figyelmeztető szavát, ideje a plasztikválság lehetséges megoldásai után nézni.

A világtenger élővilága számára jelenti a legnagyobb fenyegetést a műanyagszennyezés Forrás: Rich Carey/Shutterstock

„A természetben számos olyan okosanyagot találunk, amely képes a környezetére válaszolni és önmagát javítani, miközben kivételes mechanikai jellemzőkkel is rendelkezik.

Ezek az anyagok, amelyek kémiai szerkezetükre nézve biopolimerek, olyan sajátos fizikai tulajdonságokat mutatnak,

amilyenekkel a műanyagok, vagyis a szintetikus polimerek körében nemigen találkozunk. S ami a legfontosabb: a biopolimerek fenntartható módon termelhetők, és fizikai sajátságaik mérnöki tervezőmunkával tovább javíthatók” – foglalja össze Demirel.

Ott keresik a megoldást, ahol a legnagyobb kárt okozza a műanyag

A műanyagok fenntartható helyettesítőit sokan épp ott keresik, ahol a műanyagszennyezés a legnagyobb károkat okozza: az óceánokban. Így derült ki a kalmárokról, hogy a zsákmányt megragadó fogókarjaikon sorakozó szívókorongok, pontosabban

a korongokba ágyazódó fogasgyűrűk egészen különleges képességű fehérjéket tartalmaznak.

A világtengerbe évente több mint 10 millió tonna műanyaghulladék kerül Forrás: Zak Noyle/Foundation for Deep Ecology

A fogasgyűrű-fehérjéből készülő anyagok rugalmasságukat, nyújthatóságukat, szakítószilárdságukat,

önjavító képességüket, valamint optikai, hő- és elektromos vezetőképességüket

a fehérje által felvehető változatos molekuláris elrendeződéseknek köszönhetik. A fogasgyűrű-fehérjék alkotórészei olyan módon helyezkednek el egymáshoz képest, hogy a fehérjéből összeálló polimerben mikroszkopikus fáziselkülönülés figyelhető meg.

Az óriáskalmár papagájcsőrhöz hasonló állkapcsai Forrás: Origo

Ez némiképp hasonló ahhoz, ami az olajjal történik a vízben, csak jóval kisebb méretskálán.

A különböző affinitású fehérjerészek nem tudnak olyan módon két elváló réteget alkotni, mint az olaj és a víz, ehelyett a legkülönbözőbb molekuláris léptékű formákat – például ismétlődő hengeres blokkokat, rendezetlen gubancokat vagy éppen rendezett lemezeket – hoznak létre.

Az óriáskalmár tapadókorongjain lévő fogasgyűrűk egészen különleges fehérjét tartalmaznak Forrás: AFP

Az anyag makroszkópos tulajdonságait az határozza meg, hogy pontosan milyen formák alakulnak ki a mikroszinten, és a tudósok elkezdtek játszani azzal, miként tudják ezt a formaképzést befolyásolni a különböző sajátságú anyagok előállítása érdekében.

Ezernyi lehetőséget kínál a csodafehérje

A kalmárok csodafehérjéje talán a textiliparban hajthatja a legközvetlenebb hasznot,

mert képes lehet megszüntetni a mikroműanyag-szennyezés egyik fő forrását.

A műszálas anyagok mosógépes tisztításakor mikroszkopikus műanyagszemcsék válnak le a szövetről, amelyek immár a földgolyó legtávolibb vidékeinek élővizeit is elérték.

Csaknem egy évszázada tart a „műanyagpestis” Forrás: AFP/Bringard Denis

Viszont ha a műszálas textileket egy dörzsölésnek ellenálló réteggel vonnánk be – és erre a célra a fogasgyűrű-fehérje kiválóan alkalmas lenne –, a törtrészére csökkenthetnénk a mikroszálak letöredezését. De önjavító képességének köszönhetően hasonlóan hasznosnak bizonyulhat a kalmárfehérje

a testbe beültetett implantátumok élettartamának és biztonságosságának növelésében,

valamint a vegyi és biológiai hadviselés elleni katonai védőfelszerelések fejlesztésében.

Japán kutatóknak és tévéseknek első ízben sikerült lefilmezniük természetes élőhelyén, az óceán mélyén a világ legnagyobb gerinctelen állatát, az óriáskalmárt Forrás: AFP

A kalmárfehérje-szövet rétegei közé más szövetek, sőt, akár rugalmas áramkörök vagy érzékelők is közbeiktathatók, így a segítségével olyan okosruházat hozható létre, amely egyszerre véd bennünket a légköri szennyezéstől, és figyeli egészségi állapotunkat.

Nem kell megijedni, nem lesznek veszélyben a kalmárok

A kalmárfehérje-alapú anyagok optikai tulajdonságai azt is lehetővé teszik, hogy a ruházat egyes elemei információt jelenítsenek meg testünk és a környezet állapotáról.

Forrás: Origo

A LED-ekhez és a folyadékkristályos kijelzőkhöz hasonló, fényt kibocsátani, manipulálni vagy érzékelni képes, ugyanakkor hajlítható-alakítható kalmárfehérje-alapú fotonikai eszközök már fejlesztés alatt állnak.

A „kalmárfehérje” előállításához egyetlen kalmárt sem kell kifogni Forrás: Origo

Ez a kutatás többszörösen újító jellegű,

hiszen az ilyen tudással rendelkező eszközök pillanatnyilag még kemény és rugalmatlan anyagokból – például üvegből, kvarcból – készülnek.

„A kalmárfehérjéből készülő fotonikai eszközök biokompatibilisak és biológiailag lebomlók lesznek, így nemcsak a test állapotát figyelő hordható érzékelők, hanem hasonló funkciójú testbe ültetett berendezések is készülhetnek belőlük” – fűzi hozzá Demirel.

Egy vámpírkalmár (Vampyroteuthis infernalis) rajza Forrás: Wikipedia Commons

A kalmárfehérje-alapú anyagok környezetbarátságához az is hozzátartozik, hogy a gyártásukhoz egyetlen valódi kalmárt sem kell kifogni. „Eszünk ágában sincs a természetes kalmárállományt kipusztítani, ezért a fehérjét génmódosított baktériumokkal termeltetjük – magyarázza a kutató. – A biopolimerek gyártási folyamatához így nem kell más, mint cukor, víz és oxigén.”