Tanuljunk a természet találmányaitól

„Legjobb találmányaink közül sokat más élőlényektől másolunk le, melyeket ezek az élőlények már réges-rég használnak” (Phil Gates: Wild Technology).

AMINT azt már az előző cikkben említettük, a biomimetika tudományának az a célja, hogy bonyolultabb anyagokat és gépeket tudjunk létrehozni a természet utánzásával. A természet szennyezés nélkül állítja elő termékeit — ezek rugalmasak és könnyűek, mégis hihetetlenül erősek.

Például a csontozat minden egyes porcikája erősebb az acélnál. Mi a titok nyitja? Részben a jól megtervezett formában keresendő a válasz, a kulcs azonban mélyebben rejlik, molekuláris szinten. „Az élő szervezetek sikere a tervezéstől és legkisebb alkotóelemeik összekapcsolódásától függ” — magyarázza Gates. Ezeknek a legkisebb alkotóelemeknek a vizsgálata után a tudósok előállították azokat az anyagokat, amelyek irigylésre méltó erőt és könnyű súlyt kölcsönöznek ezeknek a természetben megtalálható származékoknak, legyen az akár a csont, akár a pókfonal. Felfedezték, hogy ezek az anyagok a természetben előforduló kompozit — összetett — anyagok különböző formái.

Csodálatosak a kompozit anyagok

A kompozitok olyan szilárd anyagok, amelyek úgy keletkeznek, hogy két vagy több anyagot összevegyítenek, hogy így egy új anyagot hozzanak létre. Ennek az új anyagnak olyan tulajdonságai vannak, amelyek jobbak az eredeti alkotórészek tulajdonságainál. Ezt jól lehetne szemléltetni a szintetikus, kompozitból álló üvegszállal *; ezt általában a hajótestek, horgászbotok, íjak, nyilak és más sportfelszerelések készítésére használják. Az üvegszálat úgy készítik, hogy az üveg finom szálait egy folyadékba vagy kocsonyás mátrixba helyezik — ezeket az anyagokat a polimernek nevezett műanyagból készítik. Mikor a polimer megkeményedik, vagyis megszilárdul, egy nagyon könnyű, erős és rugalmas kompozit anyag keletkezik. Ha az üvegszálak fajtái és a rétegek különbözőek, akkor roppant sokféle terméket lehet készíteni belőle. Persze az ember alkotta kompozit anyagok még így is gyengébb minőségűek, mint azok, amelyeket a természetben az embereknél, az állatoknál és a növényeknél találunk.

Az emberekben és állatokban nem üveg- vagy szénszálak vannak, hanem a kollagénnek nevezett rostos fehérje, amely azoknak a kompozit anyagoknak az alapja, amelyek  megadják a bőr feszességét, a belek, porcok, inak rugalmasságát, illetve a csontok és fogak (kivéve a fogzománcot) erősségét. * Egy forrásmunka úgy jellemzi a kollagén alapú kompozit anyagokat, mint amelyek „az általunk ismert kompozit anyagok közül a legjobb szerkezetű anyagok”.

Vegyük például az inakat, melyek az izmokat a csontokhoz rögzítik. Az inak nemcsak azért figyelemre méltóak, mert a kollagén alapú rostok miatt erősek, hanem azért is, mert ezek a rostok mesterien vannak összeszőve. Janine Benyus a Biomimicry című könyvében azt írja, hogy ha szálaira bontjuk az ínt, akkor felfedezhetjük, hogy „az egy szinte hihetetlenül nagy pontossággal megalkotott szerkezet. Az alkarod ina egy köteg összefont szálból áll — ezek hasonlók a függőhidaknál használt kábelekhez. Minden egyes szál önmagában véve is vékonyabb szálak összesodort kötegéből áll. Ezen vékonyabb szálak mindegyike összesodort molekulakötegekből tevődik össze, és persze ezek a molekulakötegek is összesodort, spirális alakú atomkötegekből épülnek fel. A matematikai szépség újra  meg újra kibontakozik előttünk.” Azt mondja még ez az írónő, hogy az ín „mérnöki tervezettsége ragyogó”. Csodálkoznunk kellene hát azon, amikor a tudósok arról beszélnek, hogy a természet eleven találmányai megihletik őket? (Vesd össze: Jób 40:10, 12.)

Ahogyan azt már említettük, az ember alkotta kompozit anyagok csak ügyetlen alkotások a természet műveihez képest. A szintetikus anyagok mégis figyelemre méltó termékek: az elmúlt 25 év tíz legkiemelkedőbb technikai vívmánya közé sorolják őket. Például a grafit- vagy szénszál alapú kompozit anyagok felhasználásával a repülőgép- és űrhajóalkatrészek új generációját alkották meg. Vagy megemlíthetnénk még néhányat a termékek gyorsan bővülő sorából: a sportszereket, Forma—1-es versenyautókat, jachtokat és a nagyon könnyű művégtagokat is, amelyek szintén ezekből az anyagokból készülnek.

A többféleképpen felhasználható, csodálatos bálnazsír

A bálnák és a delfinek nem is tudják, hogy testük egy csodálatos szövetbe van csomagolva — ez a zsírok egyik fajtája, a bálnazsír. A Biomimetics: Design and Processing of Materials című könyv ezt írja: „Az általunk ismert anyagok közül talán a bálnazsírt lehet a legtöbbféleképpen felhasználni.” Hogy miért, arra azt írja a könyv, hogy a bálnazsír csodálatos, úszást elősegítő „berendezés” — segít a bálnáknak feljönni a vízből levegőért. Kiváló szigetelést biztosít ezeknek a meleg vérű emlősöknek a hideg óceánban. Ezenkívül a lehető legjobb táplálékraktár arra az időszakra, amikor több ezer kilométeres vándorútra kelnek, amely során nem is táplálkoznak. Igen, a zsír minden egyes grammja kétszer vagy háromszor annyi energiát ad, mint a fehérje és a cukor.

Az előbb említett könyv szerint „a bálnazsírról még azt is el lehet mondani, hogy nagyon rugalmas, gumiszerű anyag. Mivel a bálnazsír minden egyes farokcsapással összehúzódik, majd megnyúlik, a jelenlegi legpontosabb becsléseink szerint az összehúzódása okozta gyorsulás miatt az állatnak 20 százalékkal kevesebb mozgást kell végeznie a hosszú ideig tartó, folyamatos úszás során.”

Az embereknek már évszázadok óta fáj a foguk a bálnazsírra, de csak nemrégen derült fény arra, hogy a bálnazsír mennyiségének körülbelül a fele kollagénrostok összetett hálózatából áll, amely minden bálnát beburkol. Jóllehet a tudósok még mindig próbálják megfejteni a bálnazsír működését, máris úgy látják, hogy egy újabb csodálatos anyagot fedeztek fel, amelynek sok hasznos felhasználási módja lehetne, ha szintetikusan előállítanák.

A nyolclábú mérnökzsenik

Az utóbbi években a tudósok a pókokat is nagyító alá vették. Nagyon szeretnék megtudni, hogyan készül a szintén kompozit anyagból felépülő pókfonál. Igaz, nagyon sok rovar készít fonalat, de a pókfonál páratlan a maga nemében, ez az egyik legerősebb anyag a földön. Egy tudományos író ezt mondta: „Ez olyan anyag, amelyről mi csak álmodozunk.” A pókfonál oly rendkívüli, hogy bámulatos tulajdonságainak sokfélesége szinte hihetetlen.

Miért dicsérik ennyire a tudósok a pókfonalat? Amellett, hogy ötször erősebb az acélnál, rendkívül jól nyújtható is. Ez a két  tulajdonság pedig csak ritkán fordul elő együtt az anyagokban. A pókfonál 30 százalékkal hosszabbra nyújtható, mint a legtöbb nyúlékony nejlon, de mégsem pattan vissza úgy, mint az ugróasztal, és ezért nem röpíti a levegőbe a pók táplálékát. „Egy hasonlattal élve, ha az emberek utánozni szeretnék ezt a hálót, egy olyan erős halászhálót kellene készíteniük, amellyel egy utasszállító repülőgépet is meg tudnának fogni” — írja a Science News.

Képzelhetjük, mire tudnánk használni a tudásunkat, ha utánozni tudnánk a pók boszorkányos ügyességét, amelyet a kémia területén mutat fel! (A pókok két faja például hét különböző fajta fonalat tud készíteni.) Akkor igen jó minőségű biztonsági öveket, valamint varratokat, műínszalagokat, nagyon könnyű damilokat és kábeleket, valamint golyóálló szöveteket tudnánk készíteni, hogy csak néhányat említsünk a lehetséges felhasználási módok közül. A tudósok azt is próbálják megérteni, hogy miként készíti a pók a fonalat oly ügyesen, mérgező kémiai anyagok felhasználása nélkül.

A természet sebességváltói és sugárhajtóműi

Napjainkban a sebességváltók és a sugárhajtóművek teszik lehetővé, hogy a világ állandó mozgásban legyen. De tudtad, hogy a természet felülmúlja ezeket a berendezéseinket is? Nézzük például a sebességváltót. A sebességváltóval váltasz sebességet a járművedben, s így tudod a leghatásosabban kihasználni a motort. A természet sebességváltói ugyanezt teszik, csak itt nem a motor és a kerekek között létezik összeköttetés, hanem a szárnyak között! Hol találkozhatunk ilyen sebességváltókkal? A házilégynél. A légy sebességváltójának három fokozata van, mely  összeköttetésben áll a szárnyával, s így sebességet tud váltani a levegőben!

A kalmár, a polip és a csigaházas polip mind valamiféle sugárhajtóművet használnak, amellyel jól tudnak haladni a vízben. A tudósok irigykednek is ezekre a sugárhajtóművekre. Miért? Mert ezeknek az állatoknak eltörhetetlen puha testrészeik vannak, és ezért a nagy mélységeket is bírják, valamint csendesen és nagyon ügyesen tudnak haladni. A kalmár valójában óránkénti 32 kilométeres sebességgel tudja magát kilőni, amikor ragadozók elől menekül. „Néha még az is megtörténik, hogy kiugrik a vízből a hajók fedélzetére” — írja a Wild Technology című könyv.

Igen, elég csupán néhány pillanatig elgondolkozni a természet világán, és máris ámulattal és értékeléssel töltenek el bennünket ezek a gondolatok. A természet tényleg egy élő fejtörő, amely egyik kérdést a másik után veti fel: Milyen kémiai csoda hozza létre a csodás, hideg fényt a szentjánosbogarakban és bizonyos moszatokban? Hogyan elevenednek meg újra a különböző, sarkvidékeken élő halak és békák azt követően, hogy a téli időszak utáni jéggé fagyott állapotukból kiolvadnak? Hogyan tudnak a bálnák és a fókák légzőkészülék nélkül hosszú ideig a víz alatt maradni? És hogyan merülnek le újra meg újra nagy mélységekbe, anélkül hogy dekompressziós betegség (mindennapi nevén keszonbetegség) alakulna ki náluk? Hogyan változtatják meg színüket a kaméleonok és a tintahalak, hogy így beleolvadjanak a környezetükbe? Hogyan repülik át a kolibrik a Mexikói-öbölt kevesebb mint 3 gramm üzemanyaggal? Úgy tűnik, a végtelenségig sorolhatnánk az ezekhez hasonló kérdéseket.

Az emberek tényleg csak néznek és csodálkoznak. A tudósokban „hódolattal határos” tisztelet alakul ki, mikor a természetet tanulmányozzák, írja a Biomimicry című könyv.

 A tervezés mögött Tervező van!

Michael Behe biokémiai docens azt állította, hogy az élő sejten belüli nem régi felfedezések egyik eredménye „hangos, egyértelmű, fülsiketítő kiáltás: »Tervezés!«” Hozzáfűzte még, hogy a sejt tanulmányozására tett erőfeszítések eme eredménye „oly egyértelmű és oly jelentős, hogy a tudomány történetének egyik legnagyobb teljesítményei közé kell sorolni”.

Érthető módon a Tervező létezésének bizonyítéka gondot okoz azoknak, akik ragaszkodnak az evolúció elméletéhez, hiszen ez az elmélet nem tudja megmagyarázni az élőlényekben felfedezhető kifinomult tervezettséget, különösen nem a sejtek és a molekulák világában megfigyelhető bonyolultságot. Behe ezt mondja: „Meggyőző érvek vannak amellett, hogy az élet mechanizmusára adott darwini magyarázat mindörökké bizonytalan marad.”

Darwin idejében az élet alapját képező élő sejtről azt gondolták, hogy egyszerű felépítésű, az evolúció elméletét pedig abban a korban találták ki, mikor még viszonylagos tudatlanság uralkodott. A tudomány viszont napjainkra már túlhaladt ezen. A molekuláris biológia és a biomimetika minden kétséget kizáróan bizonyítja, hogy a sejt egy rendkívül összetett rendszer, tele van nagyszerűen és tökéletesen megtervezett részekkel. Ehhez képest még a legbonyolultabb szerkentyűink és gépeink felépítése és működése is csak gyerekjátéknak tűnik.

A pompás tervezés ténye ahhoz a logikus következtetéshez vezet bennünket, mondja Behe, „hogy az életet egy intelligens személy tervezte meg”. Vajon nem találod ésszerűnek, hogy ennek a Személynek valami szándéka is van, amely az embereket is érinti? Ha igen, akkor mi ez a szándék? Vajon többet is megtudhatunk a Tervezőnkről? A következő cikk majd ezekkel a fontos kérdésekkel foglalkozik.

[Lábjegyzetek]

[Kiemelt rész az 5. oldalon]

Egy mára már kipusztult légyfaj segít tökéletesíteni a napelemtáblákat

Múzeumlátogatása során egy tudós képeket látott egy kipusztult légyfajról, amely egy borostyánkőbe zárva maradt meg, tudósít a New Scientist című folyóirat. Rácsozatot vett észre a rovar szemén, és azt gyanította, hogy ez segíthetett az állatnak, hogy szeme még több fényt tudjon befogadni, különösen olyanokat, amelyek igencsak ferde szögből érkeztek. Ő és más kutatók kezdtek vizsgálatokat folytatni, és beigazolódott a sejtésük.

A tudósok nemsokára eltervezték, hogy megpróbálják ugyanezt a rácsmintát belekarcolni a napelemtáblák üvegébe. Azt remélték, hogy így a napelemtáblák több energiát fognak fejleszteni. Ezzel azt is kiküszöbölhetik, hogy drága követőrendszereket használjanak, melyek jelenleg ahhoz szükségesek, hogy a napelemtáblákat a nap felé fordítva tartsák. A jobb napelemtáblákkal talán kevesebb fosszilis tüzelőanyagot kell felhasználni, és emiatt kevésbé szennyezik a környezetet — szóval igazán nemes célkitűzéseik vannak. Nem fér hozzá kétség, hogy az ehhez hasonló felfedezések segítenek értékelnünk, hogy igazából a természet szüli a nagyszerűen megtervezett dolgokat, amelyek csak arra várnak, hogy megtaláljuk, megértsük, és ha lehet, hasznos célokra lemásoljuk őket.

[Kiemelt rész a 6. oldalon]

Adjuk meg a tiszteletet annak, akinek jár

1957-ben George de Mestral svájci mérnök megfigyelte, hogy a ruhájába kicsiny, ragadós bogáncsok akadtak, amelyek tele voltak aprócska kampókkal. Tanulmányozta ezeket a bogáncsokat és kampóikat, és hamarosan beindult kreatív elméje. A következő nyolc évet azzal töltötte, hogy kifejlesszen egy szintetikus anyagot, amely éppen olyan tulajdonságokkal bír, mint a bogáncs. Találmánya felkavarta a világot, és napjainkban már mindenki a Velcro, vagyis a tépőzár néven ismeri ezt a mindennapos használati cikket.

Képzeld el, hogyan érzett volna George de Mestral, ha a világon mindenkinek azt mondták volna, hogy senki sem találta ki a tépőzárat, hanem csak többezernyi véletlen folytán jött létre a műhelyben. Világos, hogy a tisztesség és az igazságosság megköveteli, hogy megadjuk a tiszteletet annak, akinek jár. Az emberi feltalálók megszerzik a szabadalmat azért, hogy biztosítsák maguknak ezt a tiszteletet. Igen, úgy tűnik, az emberek megérdemlik a tiszteletet, anyagi jutalmakat, sőt még dicsőítik is alkotásaikért őket, melyek gyakran csak gyengébb minőségű utánzatai a természetnek. Vajon akkor nem kellene bölcs Teremtőnknek is elismerésünket kifejeznünk a tökéletes eredeti „művekért”?

[Kép az 5. oldalon]

A csontozat minden egyes porcikája erősebb az acélnál

[Forrásjelzés]

Anatomie du gladiateur combattant. . . . , Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Kép a 7. oldalon]

A bálnazsír elősegíti az úszást, hőszigetelő anyag és táplálékraktár

[Forrásjelzés]

© Dave B. Fleetham/Visuals Unlimited

[Kép a 7. oldalon]

A krokodilok és aligátorok páncélján nem tud áthatolni a dárda, a nyíl, sőt még a puskagolyó sem

[Kép a 7. oldalon]

A pókfonál ötször erősebb az acélnál, s mégis jól nyújtható anyag

[Kép a 8. oldalon]

A harkály agyát egy nagyon tömör csont védi, amely lengéscsillapítóként viselkedik

[Kép a 8. oldalon]

A kaméleonok változtatják a színüket, s így beleolvadnak környezetükbe

[Kép a 8. oldalon]

A csigaházas polipnak különleges kamrái vannak, s ezekkel szabályozni tudja a lebegési képességét

[Kép a 9. oldalon]

A tüzestorkú kolibri kevesebb, mint 3 gramm üzemanyaggal 1000 kilométert tud megtenni

[Kép a 9. oldalon]

A kalmár valamiféle sugárhajtóművet használ

[Kép a 9. oldalon]

Kémiai csodák hozzák létre a csodás, hideg fényt a szentjánosbogarakban

[Forrásjelzés]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited