Učíme sa z projektov v prírode

„Mnohé z našich najväčších vynálezov sú kópiami tých, ktoré už dávno využívajú iné živé organizmy.“ — Phil Gates, Wild Technology.

AKO sme sa zmienili v predchádzajúcom článku, cieľom biomimetiky je zamerať sa na výrobu zložitejších materiálov a mechanizmov napodobňovaním prírody. Príroda produkuje svoje výrobky bez znečisťovania, sú pružné, ľahké a pritom neuveriteľne pevné.

Napríklad kosť je pevnejšia než oceľ. Aké je jej tajomstvo? Odpoveď čiastočne spočíva v jej dobre naprojektovanom tvare, no kľúčové dôvody nájdeme hlbšie — na úrovni molekúl. „Úspech živých organizmov spočíva v štruktúre a usporiadaní ich najmenších komponentov,“ vysvetľuje Gates. Skúmanie týchto najmenších komponentov viedlo k tomu, že vedci izolovali substancie, ktoré dávajú prírodným produktom, od kosti až po hodváb, ich závideniahodnú pevnosť a nízku hmotnosť. Substancie, ktoré objavili, sú rôznymi formami prírodných kompozitov.

Zázračné kompozity

Kompozity sú pevné materiály, ktoré vznikajú spojením dvoch alebo viacerých substancií, čím sa vytvorí nová substancia s lepšími vlastnosťami, ako mali pôvodné zložky. Na ilustráciu môžeme uviesť laminát, syntetický kompozit, ktorý sa bežne používa na výrobu trupov lodí, rybárskych prútov, lukov, šípov a ďalších športových potrieb. Laminát sa vyrába vkladaním jemných sklených vlákien do tekutej či želatínovej plastovej matrice (nazývanej polymér). Konečným výsledkom po stvrdnutí či stuhnutí polyméru je kompozit, ktorý je ľahký, pevný a elastický. Zmenou druhov vlákien a matrice je možné vyrobiť enormne veľký rozsah produktov. Samozrejme, že umelo vyrobené kompozity ešte stále zaostávajú za tými, ktoré sa prirodzene nachádzajú v tele ľudí, zvierat a rastlín.

Základ kompozitov, ktoré dodávajú pevnosť koži, črevám, chrupavkám, šľachám, kostiam a zubom (okrem skloviny) v tele ľudí a zvierat, tvorí namiesto sklených či uhlíkových vlákien vláknitý proteín, ktorý sa nazýva kolagén. * V jednej príručke sa píše, že kolagénové kompozity patria „medzi  najlepšie konštrukčné kompozity, aké poznáme“.

Zamyslite sa napríklad nad šľachami spájajúcimi svaly s kosťami. Šľachy sú pozoruhodné nielen pre húževnatosť svojich kolagénových vlákien, ale aj pre brilantný spôsob, akým sú tieto vlákna navzájom prepletené. Janine Benyusová v knihe Biomimicry píše, že rozpletená šľacha „má takmer neuveriteľne presnú štruktúru na všetkých úrovniach. Šľacha vášho predlaktia je spletený zväzok ‚lán‘ podobných lanám, ktoré sa používajú na visutých mostoch. Každé jednotlivé ‚lano‘ je spletencom tenších ‚lán‘. Každé z týchto tenších ‚lán‘ je spletencom molekúl, ktoré sú, samozrejme, spletenými, špirálovitými zväzkami atómov. Znova a znova sa odhaľuje matematická krása.“ Benyusová hovorí, že je to „konštrukčná brilantnosť“. Vari prekvapuje, keď vedci hovoria, že sú inšpirovaní konštrukčnými riešeniami v prírode? — Porovnaj Jóba 40:15, 17.

Ako sme sa už zmienili, umelo vyrobené kompozity blednú v porovnaní s tými prírodnými. Aj tak sú však syntetické látky pozoruhodnými  produktmi. V skutočnosti sú zaradené medzi desať najvýznamnejších úspechov techniky za posledných 25 rokov. Napríklad kompozity založené na grafitových a uhlíkových vláknach viedli k vyvinutiu novej generácie súčastí lietadiel a kozmických lodí, športového náradia, automobilov formuly 1, jácht, ľahkých umelých končatín — keď spomenieme len niečo zo stále rastúceho inventára.

Univerzálny, zázračný tuk

Veľryby a delfíny si to neuvedomujú, no ich telá sú obalené úžasným tkanivom — tukom. „Veľrybí tuk je pravdepodobne najuniverzálnejším materiálom, aký poznáme,“ hovorí kniha Biomimetics: Design and Processing of Materials. Vysvetľuje prečo, keď dodáva, že veľrybí tuk je úžasným prostriedkom na nadnášanie, a tak pomáha veľrybám vynárať sa, aby sa mohli nadýchnuť. Poskytuje týmto teplokrvným cicavcom znamenitú izoláciu proti chladu oceánu. A je to aj ideálna potravinová rezerva, lebo veľryby počas niekoľkotisíckilometrovej migrácie neprijímajú potravu. V skutočnosti tuk dáva dva- až trikrát toľko energie ako bielkoviny a cukry.

„Veľrybí tuk je aj veľmi pružný gumovitý materiál,“ píše sa v už zmienenej knihe. „Podľa našich doteraz najlepších odhadov môže zrýchlenie spôsobené elastickým stiahnutím veľrybieho tuku, ktorý sa každým záberom chvosta stlačí a natiahne, ušetriť až 20 percent hnacej sily počas dosť dlhých období neustáleho plávania.“

Celé stáročia ľudia lovili veľryby pre ich tuk, ale až nedávno vyšlo na svetlo sveta, že asi polovica objemu veľrybieho tuku obsahuje zložité pletivo z kolagénových vlákien, ktoré obaľuje každé zviera. Hoci sa vedci ešte len snažia vyskúmať, ako funguje tento tukový kompozit, sú presvedčení, že objavili ďalší zázračný produkt, ktorý môže mať mnohoraké užitočné použitie, ak ho vyrobia synteticky.

Osemnohý technický génius

V nedávnych rokoch vedci veľmi dôkladne študovali pavúka. Veľmi by chceli vedieť, ako produkuje hodvábne vlákna, ktoré sú tiež kompozitmi. Je pravda, že hodváb produkuje široká paleta hmyzu, no pavúčí hodváb je zvláštny. Je to jeden z najpevnejších materiálov na zemi. Pavúčí hodváb „je materiál snov,“ povedal jeden autor vedeckých článkov. Pavúčí hodváb je taký výnimočný, že len zoznam jeho úžasných vlastností by sa zdal neuveriteľný.

Prečo vedci hovoria o pavúčom hodvábe v superlatívoch? Okrem toho, že je päťnásobne pevnejší ako oceľ, je aj veľmi elastický — pri materiáloch zriedkavá kombinácia. Pavúčí hodváb sa natiahne o 30 percent viac ako najelastickejší nylón. A pritom sa nespráva ako trampolína, že by vrhol pavúkovu potravu do vzduchu. „V mierke úmernej človeku,“ hovorí časopis Science News, „by pavučina  pripomínajúca rybársku sieť mohla zachytiť dopravné lietadlo.“

Keby sme mohli napodobniť chemické kúzla pavúka — dva pavúčie druhy dokonca produkujú sedem druhov hodvábu — len si predstavte, ako by sa to dalo využiť! Znamenalo by to značne vylepšené bezpečnostné pásy, ako aj nite, umelé väzivo, ľahké vlákna a laná, nepriestrelné tkaniny, a to sa zmieňujeme len o niekoľkých možných použitiach. Vedci sa snažia pochopiť aj to, ako môže pavúk robiť hodváb tak obratne a bez použitia toxických chemikálií.

Prevodovky a prúdové motory prírody

Prevodovky a prúdové motory udržiavajú dnešný svet v pohybe. Ale vedeli ste, že príroda mala ich projekty už dávno pred nami? Vezmime si napríklad prevodovku. Prevodovka vám umožňuje meniť prevody v automobile, aby ste dosiahli čo najúčinnejšie využitie motora. Prevodovky prírody robia to isté, ale nespájajú motor s kolesami. Skôr spájajú krídla s krídlami! A kde to možno nájsť? U bežnej muchy. Mucha má trojrýchlostnú prevodovku pripojenú ku krídlam, ktorá jej umožňuje meniť prevody počas letu!

Kalmar, chobotnica a nautilus, tie všetky majú nejakú formu prúdového motora, ktorý ich vo vode poháňa. Vedci hľadia na tieto motory so závisťou. Prečo? Lebo sú zložené z mäkkých častí,  ktoré sa nemôžu polámať, vydržia vo veľkých hĺbkach a pracujú ticho a výkonne. Je fakt, že kalmar pri úteku pred dravcami môže vyvinúť rýchlosť do 32 kilometrov za hodinu a „niekedy dokonca vyskočí z vody na palubu lodí,“ uvádza kniha Wild Technology.

Áno, ak sa na chvíľu zamyslíme nad prírodou, môže nás to naplniť úžasom a ocenením. Príroda je skutočne živou hádankou, ktorá vzbudzuje jednu otázku za druhou: Aký chemický zázrak zapaľuje žiarivé studené svetlo svätojánskych mušiek a niektorých červených rias? Ako sa rôzne arktické ryby a žaby, po tom, čo na zimu zmrznú, môžu opäť po rozmrznutí zaktivizovať? Ako môžu veľryby a tulene zostať taký dlhý čas pod vodou bez dýchacích prístrojov? A ako sa môžu opakovane ponárať do veľkých hĺbok bez toho, že by dostali chorobu z dekompresie, bežne nazývanú kesónová choroba? Ako môžu chameleóny a sépie meniť farbu tak, že splývajú s prostredím? Ako môžu kolibríky preletieť cez Mexický záliv s menej ako troma gramami paliva? Zdá sa, že zoznam otázok by mohol pokračovať donekonečna.

Ľudia sa skutočne môžu len dívať a čudovať. U vedcov to vzbudzuje úžas „hraničiaci s posvätnou úctou“, keď skúmajú prírodu, hovorí kniha Biomimicry.

Za projektom — Projektant!

Docent biochémie Michael Behe uviedol, že jedným výsledkom nedávnych objavov vnútri živej bunky „je hlasný, jasný, prenikavý výkrik: ‚Zámer!‘ “ Dodal, že tento výsledok snáh o štúdium bunky „je taký jednoznačný a taký významný, že musí byť označený za jeden z najväčších úspechov v dejinách vedy“.

Pochopiteľne, dôkazy o Projektantovi spôsobujú problémy tým, ktorí sa pridŕžajú evolučnej teórie, lebo evolúcia nemôže byť vysvetlením premysleného projektu vnútri živých organizmov, najmä na bunkovej a molekulárnej úrovni. „Existujú oprávnené dôvody na to,“ hovorí Behe, „aby sme si mysleli, že darvinistické vysvetlenia mechanizmov života sa navždy dokážu ako nedostačujúce.“

V Darwinových časoch bola živá bunka — základ života — považovaná za jednoduchú a evolučná teória bola formulovaná práve v tej dobe pomernej nevedomosti. Ale dnešná veda tú dobu už dávno prekonala. Molekulárna biológia a biomimetika nad všetky pochybnosti dokázali, že živá bunka je neobyčajne zložitý systém zložený podľa dômyselného, dokonalého projektu, v porovnaní s ktorým vyzerajú vnútorné mechanizmy našich najdômyselnejších strojov a zariadení ako detské hračky.

Brilantný projekt nás vedie k logickému záveru, hovorí Behe, „že život bol naprojektovaný niekým inteligentným“. Či nie je potom rozumné, že tento Niekto má aj predsavzatie, v ktorom majú svoje miesto aj ľudia? Ak áno, aké je to predsavzatie? Môžeme sa viac dozvedieť o našom Projektantovi? V nasledujúcom článku preskúmame tieto dôležité otázky.

[Poznámka pod čiarou]

[Rámček na strane 5]

Vyhynutá mucha pomáha vylepšiť slnečné kolektory

Pri návšteve múzea videl jeden vedec obrázky vyhynutej muchy zachovanej v jantári, hovorí správa v časopise New Scientist. Na očiach tohto hmyzu si všimol sériu mriežok a predpokladal, že mohli pomáhať muche zachytiť očami viac svetla, najmä vo veľmi kosých uhloch. Spolu s ďalšími vedcami začali robiť pokusy a ich predpoklad sa potvrdil.

Zakrátko vedci urobili plány, aby skúšobne vyleptali ten istý vzor mriežky na sklo solárnych panelov. Dúfajú, že to zvýši množstvo energie generovanej solárnymi panelmi. Mohlo by to eliminovať používanie nákladných zariadení, ktoré sú v súčasnosti potrebné na to, aby udržiavali solárne panely nasmerované k slnku. Lepšie solárne panely môžu predstavovať menej fosílneho paliva, a tým menšie znečistenie — čo je hodnotný cieľ. Takéto objavy nám pomáhajú uznať, že príroda je naozaj bohatým zdrojom brilantných projektov, ktoré len čakajú na to, že ich objavíme, pochopíme, a keď to bude možné, aj užitočným spôsobom napodobníme.

[Rámček na strane 6]

Pripisovať zásluhu tomu, komu patrí

V roku 1957 si švajčiarsky konštruktér George de Mestral všimol, že malé ježaté guľôčky, ktoré sa zachytili na jeho odeve, majú jemné háčiky. Skúmal tieto guľôčky a ich háčiky a čoskoro jeho tvorivá myseľ zahorela nadšením. Nasledujúcich osem rokov strávil vývojom syntetického ekvivalentu guľôčky. Jeho vynález obletel svet a dnes ho poznáme pod názvom suchý zips.

Predstavte si, ako by sa asi cítil de Mestral, keby sa svetu rozhlásilo, že suchý zips nikto nevynašiel, že proste vznikol následkom tisícok náhod v nejakej dielni. Je jasné, že objektívnosť a spravodlivosť si vyžadujú, aby sme zásluhu pripísali tomu, komu patrí. Ľudskí vynálezcovia dostávajú patent, ktorý im to zaručuje. Áno, zdá sa, že ľuďom patrí zásluha, finančná odmena a dokonca chvála za ich výtvory, ktoré sú často iba napodobeninami vecí z prírody. Nepatrí nášmu múdremu Stvoriteľovi uznanie za jeho dokonalé originály?

[Obrázok na strane 5]

Kosť je pevnejšia než oceľ

[Prameň ilustrácie]

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

[Obrázok na strane 7]

Veľrybí tuk zabezpečuje nadnášanie, tepelnú izoláciu a potravinovú rezervu

[Prameň ilustrácie]

© Dave B. Fleetham/​Visuals Unlimited

[Obrázok na strane 7]

Koža krokodílov a aligátorov dokáže odrážať oštepy, šípy a dokonca aj guľky

[Obrázok na strane 7]

Pavúčí hodváb je päťnásobne pevnejší než oceľ a pritom veľmi elastický

[Obrázok na strane 8]

Mozog ďatľa je chránený veľmi hustou kosťou, ktorá pôsobí ako tlmič otrasov

[Obrázok na strane 8]

Chameleóny menia farbu, aby splývali s prostredím

[Obrázok na strane 8]

Nautilus má zvláštne komôrky, ktoré mu umožňujú regulovať vztlak

[Obrázok na strane 9]

Kolibrík rubínovokrký zvládne 1000-kilometrový let s necelými troma gramami paliva

[Obrázok na strane 9]

Kalmar používa určitú formu prúdového motora

[Obrázok na strane 9]

Chemické zázraky rozsvecujú žiarivé studené svetlo svätojánskych mušiek

[Prameň ilustrácie]

© Jeff J. Daly/​Visuals Unlimited