Menneskene lærer av konstruksjoner i naturen

«Mange av våre beste oppfinnelser er kopiert fra, eller allerede i bruk hos, andre levende vesener.» — Phil Gates, Wild Technology.

SOM det ble nevnt i den forrige artikkelen, går vitenskapen biomimetikk ut på å framstille mer avanserte materialer og maskiner ved å etterligne naturen. Naturen lager sine materialer uten å forårsake forurensning, og disse materialene er gjerne elastiske og lette, men likevel utrolig sterke.

Sammenlignet vekt mot vekt er for eksempel knokler sterkere enn stål. Hva er hemmeligheten? En del av svaret ligger i den velkonstruerte formen, men hovedårsakene ligger dypere — på molekylnivå. «De levende organismenes vellykkethet beror på konstruksjonen og sammensetningen av de minste bestanddelene deres,» forklarer Gates. Forskere som har gransket disse minste bestanddelene, har greid å isolere de substansene som gir slike naturprodukter som knokler og silke sin misunnelsesverdige styrke og lave vekt. De har oppdaget at disse substansene er forskjellige former for naturlige komposittmaterialer.

De enestående komposittmaterialene

Komposittmaterialer er materialer som er sammensatt av to eller flere forskjellige materialer, slik at komposittmaterialet får bedre egenskaper enn grunnmaterialene har hver for seg. Et eksempel på dette er det syntetiske komposittmaterialet glassfiberarmert plast, som det er vanlig å bruke i båtskrog, fiskestenger, ski og skistaver og annet sportsutstyr. For å lage glassfiberarmert plast plasserer man fine glassfibrer i en væskeformig eller geléaktig matriks av plast (kalt en polymer). Når polymeren herdner, eller stivner, er sluttproduktet et komposittmateriale som er lett, sterkt og bøyelig. Ved å variere typen av fibrer og matriks kan man lage et enormt bredt spekter av produkter. Men menneskelagde komposittmaterialer er likevel primitive i forhold til de som forekommer naturlig hos mennesker, dyr og planter.

Hos mennesker og dyr er det ikke fibrer av glass eller karbon, men et fiberprotein som kalles kollagen, som danner grunnlaget for de komposittmaterialene som gir styrke til huden, innvollene, brusken, senene, knoklene og tennene (unntatt emaljen). * Et oppslagsverk sier at kollagenbaserte  komposittmaterialer er «blant de mest avanserte organiske komposittmaterialene vi kjenner».

Ta for eksempel senene, som binder musklene til knoklene. Senene er bemerkelsesverdige, ikke bare på grunn av seigheten til de kollagenbaserte fibrene de inneholder, men også på grunn av den briljante måten disse fibrene er vevd sammen på. I boken Biomimicry skriver Janine Benyus at studiet av senene har vist at de preges av en «nesten utrolig presisjon på mange nivåer. Senen i underarmen er en tvinnet bunt av kabler, lik de kablene som blir brukt i hengebroer. Hver enkelt kabel er selv en tvinnet bunt av tynnere kabler. Hver av disse tynnere kablene er selv en tvinnet bunt av molekyler, som jo er tvinnede, spiralformede bunter av atomer. Igjen og igjen folder det seg ut en matematisk skjønnhet». Janine Benuys kaller dette «konstruksjonsmessig briljans». Er det overraskende å høre forskere snakke om at de blir inspirert av naturens konstruksjoner? — Jevnfør Job 40: 15, 17.

Som nevnt blekner menneskelagde komposittmaterialer i sammenligning med dem som finnes i naturen. Likevel er syntetiske komposittmaterialer  bemerkelsesverdige produkter. De regnes faktisk med blant de ti mest fremragende prestasjonene på ingeniørkunstens område i løpet av de siste 25 årene. For eksempel har komposittmaterialer basert på grafitt eller karbon gitt støtet til nye generasjoner av fly- og romskipsdeler, sportsutstyr, formel 1-biler, lystbåter og lette proteser — for bare å nevne noen få ting på en raskt voksende liste.

Allsidig, enestående spekk

Hvaler og delfiner vet det ikke, men kroppen deres er innhyllet i et enestående vev — spekk, en form for fett. «Hvalspekk er kanskje det mest allsidige materialet vi kjenner,» sier en bok om biomimetikk. (Biomimetics: Design and Processing of Materials) Som begrunnelse peker den på at spekk gir glimrende oppdrift og derfor hjelper hvalene til å komme opp til overflaten for å puste. Spekk skaffer også disse varmblodige pattedyrene svært god isolasjon mot det kalde vannet i havet. Og i tillegg utgjør spekk den best tenkelige matreserve i de periodene da hvalene trekker tusenvis av kilometer uten å ta til seg føde. Ja, sammenlignet vekt mot vekt gir fett mellom to og tre ganger så mye energi som protein og sukker.

«Spekk er også et svært elastisk, gummilignende materiale,» ifølge den ovennevnte boken. «Vårt beste overslag nå går ut på at akselerasjon som forårsakes av det elastiske tilbakeslaget i spekk som blir presset sammen og strukket ut ved hvert slag med halen, gjør det mulig å spare opptil 20 prosent av energiforbruket i perioder med kontinuerlig svømming.»

Menneskene har nyttiggjort seg spekk i hundrevis av år, men det er først nylig det er blitt kjent at omkring halvparten av spekkets volum består av et komplisert nett av kollagenfibrer som innhyller hvert enkelt dyr. Selv om forskerne ennå ikke forstår bakgrunnen for spekkets egenskaper, mener de at denne sammensatte fettblandingen utgjør enda et enestående produkt som ville få mange nyttige anvendelser hvis det ble framstilt syntetisk.

Et åttebent ingeniørgeni

I de senere årene har forskere også studert edderkoppen inngående. De er ivrige etter å forstå hvordan den produserer edderkoppsilke, som også er et komposittmateriale. Riktignok er det mange forskjellige insekter som produserer silke, men edderkoppsilken er noe helt for seg selv. Som et av de sterkeste materialene som finnes på jorden, er denne silken «som en drøm,» som en vitenskapsskribent sa. Edderkoppsilken er så makeløs at en liste over dens forbløffende egenskaper framstår som helt utrolig.

Hvorfor tar forskerne i bruk superlativer når de skal beskrive edderkoppsilken? I tillegg til at den er fem ganger så sterk som stål, er den også svært elastisk — en sjelden kombinasjon hos materialer. Edderkoppsilken kan strekkes 30 prosent lenger enn den mest elastiske nylon. Likevel gynger den ikke som en trampoline, noe som ville ha ført til at edderkoppens måltid ble slynget ut i luften. Bladet Science News sier: «Hvis  dette ble overført til en menneskelig målestokk, kunne et nett som lignet et fiskegarn, fange et passasjerfly.»

Hvis vi klarte å kopiere edderkoppens blendende dyktighet som kjemiker — to arter produserer til og med sju forskjellige typer silke — hvor mange produkter kunne vi ikke da forbedre! Sikkerhetsbelter, suturmaterialer, kunstige leddbånd, lette tau og kabler og skuddsikre klær, for bare å nevne noen få muligheter. Forskerne prøver også å forstå hvordan edderkoppen klarer å lage silke på en så effektiv måte — og uten å bruke giftige kjemikalier.

Naturens girkasser og jetmotorer

Girkasser og jetmotorer holder dagens verden i gang. Men visste du at naturen også slår oss når det gjelder disse konstruksjonene? Ta for eksempel girkassen. En girkasse gjør det mulig å skifte gir i en bil, slik at bilens motor kan brukes på den mest effektive måten. Naturens girkasse sørger for det samme, men den forbinder ikke en motor med hjul. I stedet forbinder den vinger med vinger. Hvor finnes den? Hos en vanlig flue. Fluen har et trehastighets girskift knyttet til vingene, og den kan skifte gir mens den er i luften.

Den tiarmete blekkspruten, den åttearmete blekkspruten og nautilusen har alle en form for jetmotor som driver dem fram gjennom vannet. Forskerne ser med misunnelse på disse jetmotorene. Hvorfor? Fordi de består av bløte deler som ikke kan brekke, som tåler trykket på store dybder, og som går stille og effektivt. Tiarmete blekkspruter kan faktisk fare  av sted i over 30 kilometer i timen når de flykter for rovdyr, og «noen ganger hopper de til og med opp av vannet og lander på dekket av et skip,» sier boken Wild Technology.

Ja, når vi tar oss litt tid til å reflektere over naturens verden, kan vi bli fylt med ærefrykt og verdsettelse. Naturen er virkelig en levende gåte som tilskynder oss til å stille det ene spørsmålet etter det andre: Hvilke kjemiske underverk står bak det funklende, kalde lyset hos ildfluer og visse alger? Hva er det som gjør at forskjellige arktiske fisker og frosker livner til igjen når de tiner opp etter å ha vært stivfrosne hele vinteren? Hvordan klarer hvaler og seler å holde seg under vann i lange perioder uten surstoffapparat? Og hvordan klarer de gjentatte ganger å dykke ned på store dybder uten å få dykkersyke? Hvordan greier kameleoner og tiarmete blekkspruter å skifte farge for å gå i ett med omgivelsene? Hvordan er det mulig for kolibrier å krysse Mexicogolfen på mindre enn tre gram drivstoff? Det ser ut til at listen med spørsmål kan forlenges i det uendelige.

Menneskene kan åpenbart bare iaktta og undre seg. Forskerne utvikler en dyp respekt «som grenser til ærefrykt», når de studerer naturen, sier boken Biomimicry.

Bak konstruksjonene — en Konstruktør!

Michael Behe, som er førsteamanuensis i biokjemi, sa at ett resultat av nye oppdagelser i den levende cellen «er et  høyt, klart og gjennomtrengende rop om at den er konstruert!» Han tilføyde at dette resultatet av den innsatsen som er gjort for å granske cellen, «er så utvetydig og så betydningsfullt at det må rangeres som en av de største prestasjonene i naturvitenskapens historie».

Vitnesbyrdene om en Konstruktør skaper naturlig nok problemer for tilhengerne av evolusjonsteorien, for denne teorien kan ikke gjøre rede for de avanserte konstruksjonene som finnes i levende ting, særlig på celle- og molekylnivå. Behe sier: «Det finnes unektelig gode grunner for å mene at en darwinistisk forklaring på livets mekanismer alltid vil ligge utenfor rekkevidde.»

På Darwins tid trodde man at den levende cellen — livets grunnvoll — var enkelt oppbygd, og evolusjonsteorien ble unnfanget i denne tiden da det rådde relativt stor uvitenhet. Men nå er vitenskapen kommet lenger. Molekylarbiologien og biomimetikken har slått ettertrykkelig fast at cellen er et usedvanlig komplisert system som er fylt med utsøkte, perfekte konstruksjoner som får innmaten i de mest avanserte menneskelagde apparatene og maskinene til å se ut som leketøy i sammenligning.

Briljant konstruksjon leder oss til den logiske konklusjon «at livet ble konstruert av en intelligens,» sier Behe. Er det ikke også da rimelig at denne Intelligens har en hensikt, en som innbefatter menneskene? I så fall hvilken hensikt? Og kan vi lære mer om vår Konstruktør? Den neste artikkelen tar opp disse viktige spørsmålene.

[Fotnote]

[Ramme på side 5]

En utdødd flue bidrar til å forbedre solcellepaneler

Da en forsker besøkte et museum, så han bilder av en utdødd flue som var bevart i et stykke rav, forteller en artikkel i bladet New Scientist. Han la merke til en rekke parallelle, opphøyde striper i fluens øyne og fikk mistanke om at disse stripene kunne ha hjulpet øynene til å fange opp mer lys, særlig ved svært skrå vinkler. Han og andre forskere begynte å foreta eksperimenter og fikk bekreftet sin mistanke.

Det ble snart lagt planer om å prøve å etse det samme stripemønsteret inn i glasset i solcellepaneler. Man håper at dette skal få solcellepanelene til å produsere mer energi. Det kan muligens også eliminere behovet for de kostbare systemene som for tiden trengs for å holde solcellepanelene rettet mot solen. Bedre solcellepaneler kan bety mindre bruk av fossilt brensel og dermed mindre forurensning — et verdifullt mål. Slike oppdagelser som dette hjelper oss utvilsomt til å bli klar over at naturen er et veritabelt oppkomme av briljante konstruksjoner som bare venter på å bli funnet, forstått og, der det er mulig, kopiert til nyttige formål.

[Ramme på side 6]

Æres den som æres bør

I 1957 la den sveitsiske ingeniøren George de Mestral merke til at de små, klebrige borrene som hang fast på klærne hans, var dekket av bittesmå kroker. Han studerte disse borrene og krokene deres, og snart fikk han en god idé. De neste åtte årene var han opptatt med å utvikle et syntetisk motstykke til borren. Oppfinnelsen hans tok verden med storm og er nå et begrep som alle kjenner — borrelåsen.

Tenk deg hvordan de Mestral ville ha følt det hvis verden var blitt fortalt at ingen hadde konstruert borrelåsen, at den rett og slett oppstod som følge av en kjede av flere tusen tilfeldige hendelser i et verksted. Det er opplagt rett og rimelig å følge prinsippet «æres den som æres bør». Menneskelige oppfinnere skaffer seg patenter for å sikre seg at dette blir gjort. Ja, det ser ut til at mennesker fortjener anerkjennelse, økonomisk utbytte og til og med hyllest for sine produkter, som ofte er bleke etterligninger av ting som finnes i naturens verden. Bør ikke vår vise Skaper få anerkjennelse for sine perfekte originaler?

[Bilde på side 5]

Sammenlignet vekt mot vekt er knokler sterkere enn stål

[Rettigheter]

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

[Bilde på side 7]

Hvalspekk sørger for oppdrift og varmeisolasjon og utgjør en matreserve

[Rettigheter]

© Dave B. Fleetham/ Visuals Unlimited

[Bilde på side 7]

Krokodillenes og alligatorenes hudskjold kan få spyd, piler og til og med kuler til å prelle av

[Bilde på side 7]

Edderkoppsilke er fem ganger så sterk som stål, men likevel svært elastisk

[Bilde på side 8]

Hakkespettens hjerne blir beskyttet av en svært kompakt bensubstans som fungerer som støtdemper

[Bilde på side 8]

Kameleoner skifter farge for å gå i ett med omgivelsene

[Bilde på side 8]

Nautilusen har spesielle kamre som gjør at den kan regulere oppdriften

[Bilde på side 9]

Kolibrien «Archilochus colubris» gjennomfører en reise på 100 mil på mindre enn tre gram drivstoff

[Bilde på side 9]

Den tiarmete blekkspruten gjør bruk av jetprinsippet

[Bilde på side 9]

Kjemiske underverk står bak det strålende, kalde lyset hos ildfluer

[Rettigheter]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited