Дослідники з Університету Макгілла виявили унікальні властивості слизу оксамитових черв’яків, що можуть революціонізувати розробку нових екологічно чистих матеріалів.

Еволюційна стійкість природного механізму

Науковці дослідили природну білкову структуру, яка збереглася протягом майже 400 мільйонів років еволюції. Ця структура знайдена у видів оксамитових черв’яків з Австралії, Сінгапуру та Барбадосу. Дивовижна властивість слизу полягає в здатності перетворюватися з рідини на міцне волокно. Більш вражаючим є те, що цей процес можна повторювати неодноразово.

Професор хімії Метью Харрінгтон, керівник дослідження, зазначає: “Природа вже знайшла спосіб створювати матеріали, які є одночасно міцними і придатними для вторинної переробки”. Він підкреслює, що розшифрування молекулярної структури слизу наближає науковців до відтворення цієї ефективності. Такий підхід може змінити матеріали, які ми використовуємо щодня.

Функціональні особливості слизу

Оксамитові черв’яки – це невеликі гусениці, що живуть у вологих лісах південної півкулі. Вони використовують свій слиз для полювання на здобич. Коли черв’як випускає слиз, він швидко твердне. Утворені волокна мають міцність, подібну до нейлону.

Найцікавішою властивістю є здатність слизу розчинятися у воді. Після розчинення його можна відновити у нові волокна. До проведення цього дослідження молекулярний механізм такої оборотності залишався незрозумілим. Вчені довго не могли пояснити, як саме відбувається цей процес.

Інноваційні методи дослідження

Команда Харрінгтона використала секвенування білків для вивчення структури слизу. Додатково застосовувалися методи передбачення структури за допомогою штучного інтелекту. Зокрема, використовувався інструмент AlphaFold, що отримав Нобелівську премію 2024 року. Технологія ШІ допомогла зробити прорив у розумінні біоматеріалів.

Завдяки цим методам вчені ідентифікували раніше невідомі білки в слизу черв’яків. Ці білки функціонують подібно до клітинних рецепторів в імунній системі. Дослідники вважають, що рецепторні білки зв’язують великі структурні білки під час формування волокон. Це відкриття має величезне значення для біоінженерії.

Еволюційне значення відкриття

Порівняльний аналіз двох підгруп оксамитових черв’яків показав важливість виявлених білків. Ці підгрупи розділилися приблизно 380 мільйонів років тому. Незважаючи на такий тривалий період еволюції, білкова структура зберегла свої функціональні властивості. Стійкість цього механізму вказує на його фундаментальне значення.

Традиційні пластмаси та синтетичні волокна виготовляються з використанням нафтових прекурсорів. Їх виробництво та переробка потребують енергоємних процесів. Часто ці процеси включають термічну або хімічну обробку, що шкодить довкіллю. Природні механізми пропонують більш екологічні альтернативи.

Перспективи для створення нових матеріалів

На відміну від традиційних матеріалів, оксамитовий черв’як використовує прості механічні сили. Витягування та розтягування дозволяють створювати міцні волокна з біологічно відновлюваної сировини. Ці волокна можна згодом розчинити і використати повторно без шкідливих побічних продуктів. Така циклічність є ключовою для сталого розвитку.

Харрінгтон коментує: “Очевидно, що пластикова пляшка, яка розчиняється у воді, матиме обмежене застосування”. Але він вказує на можливість корегування хімії механізму зв’язування. Це дозволить обійти проблему розчинності у певних умовах. Таким чином можна буде створити матеріали з контрольованою стійкістю.

Дослідження проводилося науковцями з Університету Макгілла та Наньянського технологічного університету в Сінгапурі. Міжнародна співпраця посилила потенціал і масштаб дослідження. Наступним кроком буде експериментальна перевірка зв’язуючих взаємодій.

Вчені планують вивчити можливості адаптації виявлених принципів для інженерних матеріалів. Це допоможе розробити новий біопластик наступного покоління. Природа пропонує рішення для створення справді сталих матеріалів. Використання цих принципів може значно знизити залежність людства від нафтохімічної промисловості.