Süper ipek olarak nitelendirilen örümcek ipeğinin olağanüstü dayanıklılığını taklit etme hayali, bilim insanlarını onlarca yıldır hem genetik mühendisliğinin hem de malzeme biliminin sınırlarını zorlamaya itiyor.
Detaylar haberimizde…
Michigan’ın bir köşesinde, 10.000 ipekböceği süper malzemelerin geleceğini örüyor. Sıcak ve nemli bir deponun ağır havasında çalışıyor, yüzlerindeki bir bezden çıkardıkları yapışkan beyaz ipliği üzüm büyüklüğünde kozalara dönüştürüyorlar. Binlerce yıl önce Çin’de evcilleştirildiklerinden bu yana ipekleri dünyanın en kaliteli kumaşlarını üretmek için kullanıldı. Ancak bu ipekböcekleri, kendilerinden önce gelen milyonlarcası gibi değil. Onlar örümcek ipeği—ya da ona çok yakın bir şey—üretiyor.
Laboratuvarda Doğan Süper Malzeme
Doğu Çin’deki Soochow Üniversitesi’nde, genetiği değiştirilmiş bir ipekböceğinin ürettiği “süper ipek”ten tek bir lif, örümcek ipeğiyle nasıl kıyaslandığını görmek için dayanıklılık testine tabi tutuluyor.
Ağırlığına oranla örümcek ipeği, onlarca yıldır bilim insanlarını büyüleyen, doğada ya da yapay olarak üretilmiş hiçbir şeye benzemeyen bir dayanıklılık ve esneklik kombinasyonuna sahip. Ağırlık başına çelikten beş kat daha güçlü ama tamamen organik; Massachusetts’teki Tufts Üniversitesi Silklab Direktörü Fiorenzo Omenetto’nun sözleriyle “süper kahramanların malzemesi.” Grafen ve Kevlar gibi olağanüstü fiziksel özelliklere sahip insan yapımı malzemelerle aynı seçkin kategoride yer alıyor. Ancak bunların üretimi sentetik kimyasallar gerektirebiliyor.
Örümcek ipeği ise onların yaptığını—hatta belki daha iyisini—organik şekilde yapabilir. Bu da yıllardır süren bir abartı dalgasını beraberinde getirdi: Seri üretilebilirse, daha gelişmiş kurşun geçirmez yeleklerden ultra hafif jet uçaklarına, yeni nesil aşı taşıma sistemlerine kadar pek çok alanda çığır açabilir—yeter ki sırrı çözülebilsin. Fakat örümcekler birlikte yaşamaya zorlandıklarında yamyamlaşır; bu yüzden ne evcilleştirilebilirler ne de kolayca ölçeklenebilirler.
Ancak son birkaç yılda her şey değişti. Tamamı genetik olarak değiştirilmiş olan bu örümcek ipeği üreten ipekböcekleri, Michigan’ın Lansing kentindeki biyoteknoloji firması Kraig Biocraft Laboratories’in araştırma merkezinde yaşıyor. Kraig, örümcek ipeği üretiminde ya da ona çok yakın bir benzerinde önemli atılımlar yapan dünya çapındaki birkaç şirketten yalnızca biri. Bu ipekböcekleri henüz örümcek ipeğinin “süper kahraman” seviyesindeki fiziksel özelliklerine tam olarak ulaşamıyor, ancak liflerine özel nitelikler kazandıracak kadar örümcek geni içeriyorlar.
Diğer şirketler ise—daha az ipekböceği ve dut yaprağına dayalı—farklı yollar izliyor ama hedef aynı: “Doğal örümcek ipeğinin performansını taklit etmek ve sonunda onu aşmak; ardından da gerçek dünya uygulamalarına taşımak,” diyor Çin’in güneybatısındaki Southwest Üniversitesi’nden örümcek ipeği uzmanı Wenbo Hu. “İnanılmaz derecede yaklaştık.”
İlk kez, uzun süredir abartıyla anılan “süper ipek” gerçek gibi görünüyor. Ancak yıllarını ve milyonlarca doları bu kutsal kâseyi kovalamaya harcayan girişimciler ve genetik mühendisleri şimdi başka bir soruyla yüzleşmek zorunda: Bir süper malzeme ürettikten sonra onunla ne yapacaksınız? Görünen o ki cevaplar sandıkları kadar net değil.
Örümcek İpeğinin Mucizesi
Örümcek ipeğini yeniden üretmeye yönelik onlarca yıllık çaba, Wenbo Hu gibi araştırmacıların katkılarıyla ilerledi; Hu, örümcek ipeğinin genetik özelliklerini çözmeye çalışıyor. Örümcek ipeği, her ölçüye göre doğanın en mucizevi yapılarından biri. Büyük ağ ören örümceklerin kuşları ve yarasaları yakalayabilecek ağlar kurduğu biliniyor. Ormanda bir örümcek ağına elinizle hafifçe çarpıp geçebilirsiniz; ancak iplikleri kurşun kalem kalınlığında olan devasa bir ağ, teorik olarak uçuş halindeki bir 747’yi durdurabilir.
Örümcek ipeğinin bu “büyülü” özellikleri iki temel faktörden kaynaklanır: spidroin adı verilen özel proteinler ve bu proteinlerin karmaşık lifler hâlinde eğrilme biçimi. Spidroinler, binlerce amino asitten oluşan uzun zincirlerdir; pozitif ve negatif elektrik yüklerini, ayrıca suyu seven ve sevmeyen bölümleri bir arada barındırırlar. Bu sayede akordeon gibi esneyebilir ve birbirlerine sıkıca sarılabilirler. Örümcekler bu proteinleri, neredeyse hiçbir şeyin koparamayacağı kadar sağlam, kablo benzeri bir lif matrisi hâlinde birleştirir. Çırpınan böceklerin şansı yoktur.
Örümcek ipeğinin potansiyeli yüzyıllardır biliniyor: Antik Yunan ve Romalılar ağları yara pansumanı olarak kullanırken, Solomon Adaları’nda ağ ipeği balık yemi olarak kullanılmıştır. Ancak malzemenin ticarileştirilmesine yönelik ilk girişim 1800’lerin sonlarına kadar başlamadı. Madagaskar’daki Cizvit misyonerler, adanın altın ağ ören örümceklerinin bol miktarda ipek ürettiğini fark etti.
Yerel çocukların yardımıyla örümcekleri sabitleyip her birinden yaklaşık 500 metre ipek elde ettiler. Tüm bu çaba, 1900 Paris Fuarı’nda sergilenen göz alıcı altın sarısı bir yatak örtüsüyle sonuçlandı—ama fazlası gelmedi. Süreç fazla emek yoğundu ve örümcekler birbirlerini yemeye meyilliydi.
Yine de örümcek ipeği ilham vermeye devam etti. Pamuk, yün ya da sıradan ipeğin fiziksel sınırlarına neden razı olalım? 1930’larda DuPont, ipeğin mimarisinden ilham alarak ilk ticari sentetik lif olan naylonu geliştirdi. 1966’da Kevlar üretildi; güçlü hidrojen bağları onu neredeyse kırılmaz kıldı. 2003’te grafen yaratıldı; tek atom kalınlığındaki petek yapılı karbon tabakaları onu dünyanın en güçlü malzemesi yaptı.
Ancak bu sentetik lifler birçok sektörde devrim yaratmış olsa da, yapay yapıları nedeniyle eleştirilerin odağında kalmaya devam ediyor; doğada kolayca parçalanmıyor, geride kalıcı ve çoğu zaman görünmez bir çevresel yük bırakıyorlar.
Derleyen: Damla Şayan
