Człowiek uczy się od przyrody

„Wiele naszych najlepszych wynalazków kopiujemy od innych organizmów żywych, które od dawna z nich korzystają” (Phil Gates, Wild Technology).

JAK już wspomniano w poprzednim artykule, biomimetyka stara się wytworzyć bardziej złożone materiały i urządzenia, podpatrując przyrodę. Produkty natury powstają bez zanieczyszczania środowiska, odznaczają się elastycznością, niewielką masą i niewiarygodną wytrzymałością.

Na przykład jeden gram kości jest bardziej wytrzymały niż gram stali. W czym tkwi tajemnica? Częściowo w doskonale zaprojektowanym kształcie, ale zasadniczych przyczyn należy szukać głębiej — na poziomie molekularnym. „Organizmy żywe zawdzięczają swe korzystne właściwości strukturze i składowi najmniejszych elementów” — tłumaczy P. Gates. Naukowcy badający te najdrobniejsze komponenty wyizolowali substancje, dzięki którym wiele produktów naturalnych — od kości po jedwab — ma stosunkowo niewielką masę, a przy tym godną pozazdroszczenia wytrzymałość. Odkryli, iż substancje te są rozmaitymi formami kompozytów naturalnych.

Cudowne kompozyty

Kompozyty to lite materiały złożone co najmniej z dwóch substancji, mające właściwości lepsze lub nowe w porównaniu z właściwościami poszczególnych składników. Przykładem może być włókno szklane, powszechnie stosowane w kadłubach statków, wędkach, a także łukach, strzałach i w innym sprzęcie sportowym. * Jego produkcja polega na zatopieniu cienkich włókien szkła w ciekłej lub galaretowatej osnowie (z polimeru). Po stwardnieniu powstaje kompozyt, który jest lekki, wytrzymały i elastyczny. Dobierając różne włókna i osnowy, można otrzymać bardzo dużo produktów. Oczywiście kompozyty uzyskane przez człowieka w dalszym ciągu wypadają zdecydowanie gorzej w porównaniu z naturalnymi, spotykanymi w organizmach ludzi, zwierząt i roślin.

U ludzi i zwierząt występuje nie włókno szklane czy węglowe, lecz włókniste białko zwane kolagenem, tworzące podstawę kompozytów nadających wytrzymałość skórze, jelitom, chrząstkom, ścięgnom, kościom i zębom (z wyjątkiem szkliwa). * W pewnym fachowym  dziele kompozyty zawierające kolagen zaliczono do „najnowocześniejszych materiałów kompozytowych wśród znanych dziś budulców”.

Weźmy pod uwagę ścięgna, łączące mięśnie z kośćmi. Są naprawdę wyjątkowe nie tylko ze względu na wytrzymałość włókien kolagenowych, ale też na zdumiewający sposób, w jaki się ze sobą splatają. Janine Benyus pisze w książce Biomimicry, że takie ścięgno „pod każdym względem jest niewiarygodnie precyzyjne. Ścięgno przedramienia to wiązka lin skręcona podobnie jak lina mostu wiszącego. Każda z tych lin jest spleciona z cieńszych linek. Każdą z nich natomiast tworzą splecione cząsteczki, których budulcem są z kolei spiralnie skręcone wiązki atomów. Widoczna tu na każdym kroku matematyczna precyzja wprost zachwyca”. Autorka nazwała ją „inżynierskim kunsztem”. Czyż należy się więc dziwić, gdy naukowcy mawiają, iż zostali zainspirowani rozwiązaniami konstrukcyjnymi dostarczonymi przez naturę? (Porównaj Hioba 40:15, 17).

Jak już wspomniano, kompozyty wytwarzane przez człowieka bledną wobec tych, które występują w przyrodzie. Mimo to materiały syntetyczne też odznaczają się wyjątkowymi właściwościami.  Zaliczono je wręcz do największych osiągnięć techniki minionego ćwierćwiecza. Na przykład kompozyty z włókien grafitowych lub węglowych przyczyniły się do powstania nowych generacji części samolotów i statków kosmicznych, samochodów Formuły 1, jachtów, a także sprzętu sportowego oraz lekkich protez — żeby wymienić tylko niektóre pozycje z tej szybko wydłużającej się listy.

Uniwersalny, niezwykły tłuszcz waleni

Chociaż wieloryby i delfiny zupełnie nie zdają sobie z tego sprawy, ich ciała okrywa niezwykła tkanka — warstwa tłuszczowa. „Tłuszcz wielorybi jest chyba najbardziej uniwersalnym materiałem, jaki znamy” — informuje książka Biomimetics: Design and Processing of Materials. Jak wyjaśniono, ma on wyjątkowe właściwości, dzięki którym wieloryby mogą wynurzać się na powierzchnię wody w celu zaczerpnięcia powietrza. Ponadto zapewnia tym stałocieplnym ssakom wyśmienitą ochronę przed lodowatym zimnem oceanu. Pozwala też w najlepszy sposób gromadzić składniki odżywcze na wędrówki, podczas których walenie pokonują tysiące kilometrów, nie korzystając z żadnego pożywienia. W gruncie rzeczy tłuszcz dostarcza dwa lub trzy razy więcej energii niż porównywalna ilość białka lub cukru.

„Tłuszcz jest również materiałem bardzo sprężystym, o właściwościach zbliżonych do gumy” — czytamy we wspomnianej książce. „Według naszej najlepszej wiedzy przyśpieszenie powodowane przez siłę odrzutu powstającą w wyniku sprężania i rozprężania się podskórnej warstwy tłuszczu przy każdym uderzeniu ogona pozwala podczas długotrwałego, ciągłego pływania zaoszczędzić nawet 20% energii”.

Co prawda tłuszcz wielorybi przetwarza się już od stuleci, ale dopiero niedawno okazało się, że prawie połowę jego objętości zajmuje oplatająca każde zwierzę skomplikowana siatka z włókien kolagenowych. Naukowcy wciąż starają się bliżej poznać właściwości tej złożonej substancji, składającej się między innymi z tłuszczu, i uważają, że odkryli jeszcze jeden cudowny produkt, który mógłby mieć wiele praktycznych zastosowań, gdyby udało się stworzyć jego syntetyczny odpowiednik.

Genialny konstruktor na ośmiu nogach

W ostatnich latach uczeni bacznie przyglądają się pająkom. Starają się zrozumieć, w jaki sposób wytwarzają one jedwab, który także jest kompozytem. W zasadzie umiejętność tę posiada wiele owadów, jednak pajęcza przędza jest wyjątkowa. Należy do najmocniejszych materiałów na ziemi, a pewien pisarz popularnonaukowy nazwał ją wręcz „tworzywem, z którego utkane są marzenia”. Ma tak wiele nadzwyczajnych właściwości, że aż trudno w to uwierzyć.

Dlaczego jedwab wytwarzany przez pająki budzi w naukowcach taki zachwyt? Otóż jest on nie tylko pięć razy mocniejszy od stali, ale jeszcze niezwykle elastyczny, a kombinacja tych cech jest w wypadku materiałów naprawdę  rzadka. Pajęczy jedwab jest o 30 procent bardziej rozciągliwy od najbardziej elastycznego nylonu. Jednakże nie sprężynuje jak trampolina, bo posiłek pająka wyleciałby w powietrze. W czasopiśmie Science News powiedziano: „Gdyby człowiek miał na przykład sieć rybacką o właściwościach pajęczyny, mógłby w nią schwytać samolot pasażerski”.

Wyobraź sobie, jak bardzo przydałyby się nam umiejętności z zakresu chemii, którymi odznaczają się pająki — dwa gatunki wytwarzają aż siedem rodzajów jedwabiu! Można by stworzyć między innymi doskonalsze pasy bezpieczeństwa, lepsze szwy i sztuczne wiązadła, lekkie liny i kable, a także skuteczniejsze tkaniny kuloodporne. Uczeni próbują też zrozumieć, dzięki czemu pająki potrafią tak efektywnie wytwarzać jedwab, i to bez korzystania z toksycznych chemikaliów.

Skrzynie biegów i silniki odrzutowe w przyrodzie

Bez skrzyni biegów i silników odrzutowych dzisiejszy świat stałby w miejscu. Ale czy wiedziałeś, że i te wynalazki przyroda znała znacznie wcześniej? Pomyśl na przykład o skrzyni biegów. Umożliwia zmienianie biegów w pojeździe, pozwalając jak najlepiej wykorzystać moc silnika. W przyrodzie skrzynia biegów spełnia takie samo zadanie, tyle że nie łączy silnika z kołami, ale raczej skrzydła ze skrzydłami! Gdzie można znaleźć takie rozwiązanie? U zwykłej muchy. Dysponuje ona trzystopniową  skrzynią biegów połączoną ze skrzydłami, dzięki czemu może zmieniać biegi podczas lotu!

Kałamarnica, ośmiornica i łodzik poruszają się w wodzie, korzystając z napędu odrzutowego. Naukowcy naprawdę mają powody do zazdrości. Dlaczego? Otóż silniki te składają się z miękkich elementów, które nie pękają, są wytrzymałe na duże ciśnienie w głębinach, a poza tym pracują cicho i wydajnie. Kałamarnica potrafi uciekać drapieżnikom nawet z prędkością 30 kilometrów na godzinę, a „czasami wyskakuje z wody wprost na pokład statku” — czytamy w książce Wild Technology (Technika w przyrodzie).

Zastanowienie się choć przez chwilę nad przyrodą budzi w nas podziw i uznanie. Stanowi ona prawdziwą zagadkę, z którą wiąże się mnóstwo pytań: Jakież to cudowne procesy chemiczne powodują emitowanie połyskującego zimnego światła przez świetliki i niektóre algi? Jak to się dzieje, że pewne arktyczne ryby i żaby w zimie zamarzają, a po odtajaniu znów stają się aktywne? Dlaczego wieloryby i foki mogą tak długo przebywać pod wodą bez żadnych aparatów do oddychania? I dzięki czemu mimo wielokrotnego nurkowania na ogromne głębokości nie zapadają na chorobę dekompresyjną, zwaną też kesonową? Co sprawia, że kameleony i mątwy zmieniają kolory, dostosowując się do otoczenia? W jaki sposób kolibry pokonują Zatokę Meksykańską, choć mają niespełna 3 gramy paliwa? Pytania takie można by mnożyć w nieskończoność.

Ludzie rzeczywiście mogą jedynie patrzeć na to wszystko z zachwytem. W miarę jak uczeni coraz lepiej poznają dzieła natury, odczuwają podziw „graniczący z nabożną czcią” — czytamy w książce Biomimicry.

 Ktoś to musiał zaprojektować!

Michael Behe, profesor biochemii, oznajmił, iż rezultaty ostatnich odkryć mających związek z żywą komórką „głośno, wyraźnie, wręcz przeszywająco wołają: ‚Zaprojektowane!’” Dodał jeszcze, że wniosek ten, będący wynikiem badań nad komórką, „jest tak jednoznaczny i ważny, że musi zostać zaliczony do największych osiągnięć w historii nauki”.

Oczywiście dowody przemawiające za istnieniem jakiegoś Projektanta nastręczają kłopotów zwolennikom teorii ewolucji, którą nie sposób wytłumaczyć złożoności organizmów żywych, zwłaszcza na poziomie komórek i cząsteczek. „Istnieją ważne powody”, mówi Behe, „by uważać, że darwinowskie wyjaśnienie mechanizmów życia na zawsze pozostanie mgliste”.

W czasach Darwina wydawało się, że komórka — podstawowa jednostka życia — nie jest zbytnio skomplikowana, a sama teoria ewolucji pojawiła się w dobie, gdy dysponowano stosunkowo niewielką wiedzą. Od tamtej pory jednak nauka zrobiła ogromne postępy. Biologia molekularna i biomimetyka dowiodły ponad wszelką wątpliwość, że komórka jest niezwykle złożonym układem, składającym się z wyśmienitych, doskonale zaprojektowanych elementów, przy którym wszystkie nasze najwymyślniejsze urządzenia wyglądają jak zabawki dla dzieci.

Znakomite zaprojektowanie nasuwa logiczny wniosek — mówi Michael Behe — „że życie zostało zaprojektowane przez kogoś inteligentnego”. Czy wobec tego rozum nie podpowiada nam, że ten Ktoś ma również pewne zamierzenie w stosunku do ludzi? A jeżeli tak, to na czym ono polega? I czy możemy się czegoś więcej dowiedzieć o naszym Projektancie? Kwestie te omówiono w następnym artykule.

[Przypisy]

[Ramka na stronie 5]

Wymarła mucha pomaga udoskonalić baterie słoneczne

Czasopismo New Scientist doniosło o pewnym uczonym, który oglądając w muzeum zdjęcia wymarłej muchy zachowanej w bursztynie, zauważył liczne rowki na powierzchni jej oczu. Domyślił się, że dzięki nim do oczu muchy mogło docierać więcej światła, zwłaszcza pod bardzo ostrym kątem. Razem z innymi naukowcami zaczął przeprowadzać eksperymenty, które potwierdziły te przypuszczenia.

Wkrótce potem uczeni postanowili wykonać taki sam system rowków na powierzchni baterii słonecznych. Ich zdaniem powinno to zwiększyć wydajność tych ogniw. Być może przestaną też być potrzebne kosztowne systemy naprowadzania baterii w kierunku słońca. Lepsze baterie słoneczne oznaczałyby mniejsze zużycie paliw kopalnych, a tym samym — ograniczenie zanieczyszczenia, co jest szczytnym celem. Jak widać, tego rodzaju odkrycia uświadamiają nam, że natura jest źródłem niezliczonych, znakomitych pomysłów, które wręcz czekają na odkrycie, zrozumienie i skopiowanie tam, gdzie będzie to możliwe i praktyczne.

[Ramka na stronie 6]

Przyznanie zasługi temu, komu się ona należy

W 1957 roku szwajcarski wynalazca George de Mestral zauważył, że małe natrętne rzepy, które przyczepiły mu się do ubrania, są pokryte drobnymi haczykami. Kiedy zbadał je bliżej, jego twórczy umysł podsunął mu genialną myśl. Przez następne osiem lat pracował nad wyprodukowaniem sztucznych rzepów. Jego wynalazek podbił świat.

Wyobraź sobie, jak poczułby się Mestral, gdyby światu powiedziano, że sztuczne rzepy wcale nie zostały zaprojektowane, a pojawienie się ich jest wynikiem tysięcy przypadkowych zdarzeń w warsztacie. Oczywiście sprawiedliwość wymaga, by całą zasługę przyznać temu, komu się ona należy. W tym celu człowieczy wynalazcy zabiegają o ochronę patentową swych pomysłów. Wydaje się, że ludzie rzeczywiście zasługują na uznanie, nagrody pieniężne czy nawet coś w rodzaju chwały za swe dzieła, będące najczęściej marnymi imitacjami cudów natury. Czyż więc naszemu mądremu Stwórcy nie należy się wdzięczność za tak doskonałe oryginały?

[Ilustracja na stronie 5]

Gram kości jest wytrzymalszy od grama stali

[Prawa własności]

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

[Ilustracja na stronie 7]

Tłuszcz umożliwia waleniom wynurzanie się na powierzchnię wody, chroni je przed zimnem i stanowi zapas żywności

[Prawa własności]

© Dave B. Fleetham/​Visuals Unlimited

[Ilustracja na stronie 7]

Krokodyle i aligatory mają skórę odbijającą dzidy, strzały, a nawet kule

[Ilustracja na stronie 7]

Pajęczy jedwab jest nie tylko pięć razy mocniejszy od stali, ale jeszcze niezwykle elastyczny

[Ilustracje na stronie 8]

Mózg dzięcioła chroni bardzo twarda kość, który działa jak amortyzator

[Ilustracja na stronie 8]

Kameleony zmieniają kolory, by się upodobnić do otoczenia

[Ilustracja na stronie 8]

Łodziki mają specjalne komory, dzięki którym mogą regulować swoją pływalność

[Ilustracja na stronie 9]

Koliber zwyczajny może przelecieć 1000 kilometrów, choć ma niespełna 3 gramy paliwa

[Ilustracja na stronie 9]

Kałamarnica korzysta z pewnej formy napędu odrzutowego

[Ilustracja na stronie 9]

Dzięki cudownym procesom chemicznym świetliki emitują połyskujące zimne światło

[Prawa własności]

© Jeff J. Daly/​Visuals Unlimited