Какая команда нужна чтобы стать человеком пауком. Чудо или законы физики? Как Человек-паук летает по Манхэттену

В начале июля на большие экраны вышла очередная часть паззла киновселенной Marvel – «Человек-Паук: Возвращение домой». Фильм Джона Уоттса – это «перезагрузка» истории о Питере Паркере. Впервые в истории экранизации комикса Спайдермен – подросток, который борется не только со злодеями, но и с юношеской неуверенностью. Все остальное осталось прежним: лазанье по стенам, паутина из рук, сверхсила и сверхслух, а также бесконечные споры фанатов о том, может ли существовать Человек-Паук в реальности. Давайте посмотрим на этот вопрос с точки зрения науки.

Мутация

В вымышленном мире: Питера укусил паук. Спустя короткое время парень открыл в себе сверхспособности. Потому что паук был радиоактивным и в его яде содержались мутагенные вещества.

С точки зрения науки: радиация, конечно, может изменить ДНК, но, во-первых, не обязательно распространится на все клетки, во-вторых, невозможно предсказать, на какой из 20 тысяч генов она подействует. Мутация – многоступенчатый процесс, оттого и медленный. Потому вместо суперсилы Паркер с большей вероятностью заполучил бы раковую опухоль. Если же, допустим, радиация повлияла на «нужные» для Спайдермена гены, то для должного эффекта пауки должны были бы искусать Питера с ног до головы.

Хождение по отвесным стенам

В вымышленном мире: Спайдермен легко передвигается по вертикальным стенам. В этом ему помогают липкие конечности.

С точки зрения науки: чтобы быстро перемещаться по отвесным стенам, тело Человека-Паука на 40% должно быть липким. Ученые, изучив гекконов и клещей, которые умеют цепляться за поверхности, пришли к выводу, что в реальной жизни Спайдермен смог бы передвигаться по стенам, только имея огромные ступни и руки. Например, супергерою пришлось бы носить обувь 145 размера,– как высчитали британские и американские ученые. Непропорционально огромные конечности делали бы Спайдермена неуклюжим. О фирменных «примочках» а-ля акробат и речи бы не было.

Паутина

В вымышленном мире: Спайдермен выстреливает паутиной далеко вперед, останавливает с ее помощью поезда и летает на ней над городом.

С точки зрения науки: теми умениями, которые получил Питер Паркер после мутации, не обладают даже киношные пауки, в чем можно убедиться, посмотрев тематические фильмы . Что уже говорить про пауков в природе! Способность поднимать тяжести в 20 тонн – это не шутки. Ученые доказали, что если бы Человек-Паук существовал в реальности, то ему пришлось бы плести паутину толщиной с кабель – только так она могла бы справиться с теми огромными нагрузками, что придумали создатели комиксов. Толщина паутины, которую плетет паук в природе, измеряется микронами. Паутина представляет собой опасность только для насекомых, которые попадают в сеть. Вызывает вопросы и умение Спайдермена синтезировать большое количество паутины: с точки зрения науки, для этого нужны гигантские железы. А вот то, что пауки умеют стрелять паутиной на большие расстояние – правда. Семь лет назад на Мадагаскаре были обнаружены пауки Дарвина, которые стреляют паутиной на 25 метров, и при этом всегда попадают точно в цель.

4. «Паучье чутье»

В фильме: Человек-Паук обладает феноменально острым слухом. А еще он заблаговременно чувствует опасность – задолго до того, как она становится осязаемой.

С точки зрения науки: до недавних пор «паучье чутье» считалось выдумкой – такой себе миф, придуманный специально под Спайдермена. Однако пару лет назад американские ученые выяснили, что пауки-скакуны обладают уникальной способностью слышать низкочастотные звуки в радиусе пяти метров. Такому умению членистоногие обязаны чувствительности волосков, расположенных на лапах. Эта «суперспособность» позволяет скакунам предугадывать опасность – приближение ос-наездниц, которые откладывают в пауках яйца. Слух скакунов «настроен» на частоте вибрации крыльев ос. Возможно, именно такой паук укусил молодого Паркера? Хотя если феноменальный слух требует специальных объяснений, то «чутье» опасности можно списать на хорошо развитую интуицию.

Вселенная Marvel основана на фантастическом представлении. В фантастическом мире не обязательно действуют наши законы физики, поэтому способности Человека-Паука не требуют научных доказательств, хоть они и базируются на науке и являются гиперболизированной версией настоящих научных фактов. Согласно истории, Питер Паркер приобрел свои способности через яд облученного паука. Они наделили его сверхчеловеческой ловкостью и скоростью, реакцией и силой, а со временем привели к развитию еще более впечатляющих способностей, включая ночное зрение и замечательный нюх.

Сила полимеров

Главным достоинством Человека-Паука, несомненно, стала возможность выпускать нити липкой и невероятно прочной паутины. Если игнорировать сопротивление воздуха и считать «выстрел» строго вертикальным, то можно оценить скорость вылета паутинных нитей: v = (2gh), то есть v = (2 * 9,8 м/с2 * 100 м) = 44 м/с, или около 160 км/ч. И хотя это еще меньше скорости пули или хотя бы звука, энергия, которая для этого требуется, не может не впечатлять. Трудно представить, как тело могло бы добыть ее без дополнительного искусственного источника.

Зато прочность нитей Человека-Паука вполне «научна»: паучья паутина — один из самых крепких полимеров на планете. Ее прочность на разрыв составляет порядка 1000 МПа, а у каркасной нити пауков Araneus diadematus достигает 2700 МПа. Такой показатель не под силу и лучшим маркам высокоуглеродистой стали. Поэтому уже 3-миллиметровый трос Человека-Паука (принимая ее прочность за 1000 МПа) способен выдержать нагрузку более 7000 Н и справиться с грузом массой до 720 кг — или с весом нормального человека даже при сильном ускорении в падении.

Паутина паукообразных выделяется специализированными железами в задней части брюшка, причем у одного и того же животного может иметься несколько типов желез, создающих паутину с разными свойствами. Но в любом случае по химическому составу это особый белок, очень близкий к белку шелка. Его цепочки богаты глицином (самой небольшой из аминокислот, она обеспечивает нитям полимера гибкость) и серином (единственной аминокислотой живых организмов, содержащей серу, которая способна образовывать дополнительные связи, укрепляющие форму белка). А отдельные участки белка содержат исключительно много третьей аминокислоты, аланина.

Казалось бы, к чему нам все эти детали? Однако именно они создают особую микроструктуру паутинных белков-спидроинов: аланиновые участки образуют плотно упакованные кристаллические области, а глициновые — аморфные, эластичные связи между ними. Высыхая на воздухе, вся конструкция упрочняется и образует нить, из которой паук плетет части своей паутины. Процесс это тяжелый, но все-таки синтез паутины — еще тяжелее. На производство спидроинов пауки тратят так много ресурсов, что зачастую сами съедают старые и поврежденные нити, чтобы использовать их повторно.

Чужая паутина

Попытки «приручить» паутину и получать ее в лаборатории, а затем — и в промышленных масштабах, не прекращаются уже много десятилетий. За это время удалось определить и выделить из пауков ген спидроина и перенести его в другие организмы, так что добывать белковый полимер сегодня можно не только из специально выращиваемых шелкопрядов или пауков, но и из бактерий кишечной палочки, генномодифицированных растений табака и картофеля и даже из… козьего молока животных, которые несут ген паучьего белка. Главной технической проблемой в этой области остается, собственно, плетение нитей из этого ценного ресурса.

Пауки используют исключительно сложную систему паутинных желез: в отличие от того же молока, от ногтей и волос, этот материал нуждается в тонком, даже ювелирном процессе синтеза. Спидроин должен выделяться со строго определенной небольшой скоростью и сплетаться в определенный момент, находясь в нужной стадии затвердения. Поэтому железы некоторых пауков устроены исключительно сложно, содержа несколько отдельных резервуаров для последовательного «созревания» паутины и ее формирования. Трудно даже представить, каким образом Человек-Паук мог бы плести ее на скорости 150 км/ч. Но вот просто синтезировать спидроин человеку будущего окажется вполне по силам.

Нет, с укусами ничего подобного генам не передается, будь то обычное животное или даже радиоактивный паук. Даже сама «наведенная» радиация, которая могла сохраниться в укусе паука, пережившего жесткое излучение, вряд ли способна достичь серьезного для нас уровня, — если только его яд не состоял из чистого плутония. Да и «мутагенные ферменты» вряд ли придали бы Питеру Паркеру нужные сверхспособности. Насколько известно, в природе таких не существует: наше тело, наоборот, ведет непрерывную борьбу со случайными мутациями, и целые белковые армии постоянно заняты «ремонтом» поврежденной ДНК. Подавление работы этих белков повышает уровень мутаций, — но и в этом случае Питер Паркер, скорее всего, просто умер бы от какого-нибудь из онкологических заболеваний, которыми чреваты беспорядочные мутации.

Вряд ли можно заполучить с укусом и нужные нам гены спидроиновых белков. Для этого определенный фрагмент ДНК должен не просто попасть в организм, но и избегнуть атаки иммунной системы, при этом проникнуть через мембрану клетки, затем оболочку ядра — и, наконец, встроиться в активный участок какой-нибудь хромосомы. Трудно представить, чтобы это произошло случайно — вирусы оттачивают это нехитрое умение миллиарды лет и бесчисленное множество поколений. Поэтому именно вирусы могут дать надежду на то, что когда-нибудь наука превратит добровольца Паркера во что-то вроде настоящего Человека-Паука.

Энергетика и нанотехнологии

Действительно, в 2010 году, когда были получены козы, дающие молоко с паутинными белками, ученые использовали для переноса генов модифицированные вирусы. Неспособные нанести клетке вред, они тем не менее сохраняли возможность прикрепляться к ней и доставлять внутрь искусственный аналог гена спидроина. Кстати, полученный таким образом полимер удалось сплести в исключительно прочный материал, который компания Nexia Biotechnologies продвигала под торговой маркой BioSteel, однако процесс производства так и не был доведен до экономически оправданной стоимости и масштабов, так что сегодня фирма обанкротилась. Но мы отвлеклись.

Фрагменты ДНК, необходимые для синтеза спидроина, вносились в коз еще на стадии одноклеточных эмбрионов. Впоследствии эти гены оказались во всех дочерних клетках сформировавшегося организма, хотя ученые интегрировали их в тот участок генома, который проявлял активность лишь в клетках, занятых синтезом материнского молока. Если же мы хотим превратить Питера Паркера в Человека-Паука, нам придется намного тяжелее. Во‑первых, целевой ген должен оказаться в хромосомах уже взрослого организма, сразу во множестве сформировавшихся клеток на определенных участках кожи, и везде встроиться в нужный участок.

Теоретически это могут позволить новейшие технологии, которые сейчас проходят разные стадии изучения и лабораторных испытаний, — плюс некоторые идеи, которые остаются делом более далекого будущего. В частности, точную интеграцию генов в нужные участки хромосом обещает усовершенствованный метод CRISPR/Cas. В нем используется специальный набор бактериальных ферментов и РНК, которые обеспечивают внесение разрезов в нить ДНК в строго определенном месте. Собственные ферменты клетки моментально бросаются чинить это искусственное повреждение и используют первую подвернувшуюся «заплатку» — обычно вносящийся вместе с белками Cas фрагмент нужного людям гена.

Транспорт для доставки всего комплекта молекул могут обеспечить ретровирусы, как это было проделано с козами. А нанотехнологии позволят оснастить оболочки вирусных частиц элементами, например, реагирующими на магнитное поле, — чтобы активировать генную модификацию строго в нужных клетках взрослого Питера Паркера. Труднее представить, как из клеток его кожи и, видимо, из потовых и сальных желез можно было бы получить железы паутинные, устроенные куда более сложно и работающие иначе. Но главной проблемой остается метаболизм.

Подобно полету птиц, змеиному яду или мозгу людей паутина — удивительно сложная адаптация, настоящий шедевр эволюции, обеспечивший успех обширной группе животных. Но и мозг, и полет, и синтез токсинов и паутины — адаптации, крайне дорогостоящие для организма. Эксперименты с австралийскими родственниками гадюк показали, что после укуса они должны повышать уровень своего метаболизма почти на 70% с тем, чтобы понемногу восстановить запас белкового яда. На сколько же должен усилиться метаболизм человека, чтобы он синтезировал сотни метров толстого паутинного каната? Сколько ему понадобится еды и насколько калорийна она должна быть? Кажется, все эти рассуждения ставят предел нашим мечтаниям о настоящем Человеке-Пауке.

Вместо послесловия

Даже если мы хотим получить лишь человека, способного понемногу синтезировать паутины, внести в Питера Паркера ген спидроина будет мало. Эти же замечания справедливы и в нашем случае. Нам придется вырастить у него паутинные гланды, обеспечить усиленным метаболизмом, который даст дополнительную скорость, ловкость и баланс — и энергию для синтеза паутины. Вряд ли такое возможно в рамках нашего тела, и вряд ли когда-нибудь подобные эксперименты будут произведены. Но сама по себе сила паутинных полимеров рано или поздно обязательно придет нам на службу, и мы получим новый удивительный материал для сверхпрочной и легкой одежды, тросов, для медицины и сложной оптики. Пожалуй, такие изделия будут выглядеть не столь эффектно, как фантастический Человек-Паук, но жизней они спасут наверняка не меньше.

Виртуальный герой

Официальный запуск видеоигры « » состоялся 7 сентября. В отличие от всех предыдущих игр о Человеке-Пауке, она позволяет не просто побеждать врагов в образе любимого супергероя, и описывает не просто один эпизод из его супергероической жизни. Insomniac Games специально создали сюжет, который придется по душе фанатам Человека-Паука.

Иллюстрации: Егор Голополосов, Виктор Новоселов

Какая основная задача стояла перед тобой в процессе тренировки Эндрю Гарфилда, исполняющего главную роль?

После того, как я посмотрел первую часть «Нового Человека-паука», я получил примерное представление о его способностях. Когда я встретился с режиссером Марком Уэббом и Эндрю, то спросил, чем главный герой должен отличаться от себя в первой части. Выяснилось, что основное отличие - в зрелости. Питер Паркер больше не сопливый юнец, он стал старше, заматерел. А, значит, его мышцы должны выглядеть более зрелыми, то есть толще и крепче.

Вдобавок, поскольку он у нас супергерой, разница должна была быть еще более четкой: широкие плечи, большая крепкая спина, но при этом тощая талия.

Гарфилд как-то сказал, что он не большой поклонник фитнеса. Это как-то усложнило работу с ним?

Забавно, что он так говорит - у него как раз очень развитые мышцы. В первом фильме мы не злоупотребляли с весом на тренировках, но здесь все иначе - Эндрю вкалывал по полной. Плюс мы добавили количество повторов и уменьшили скорость выполнения упражнений.

Когда вы начали тренировки?

Мы начали в ноябре 2012-го, а съемки начались в феврале 2013-го. Тренировки не прекращались на всем протяжении съемок.

Как выглядел типичный день тренировок?

Мы занимались по часу-два, каждый день. Сначала Эндрю хорошенько разминался, а затем сразу переходил к тяжелым упражнениям, в духе олимпийской тяжелой атлетики. Ничего простого вроде жима от плеч или жима лежа он не выполнял - только многофункциональные упражнения, которые задействовали полностью все тело. После тяжестей мы обычно делали несколько подходов обратных выпадов с гантелями, жим, катапульту - все это на разных уровнях сложности. Закрывали программу упражнениями на мышцы кора.

А что с диетой?

У Эндрю очень низкое содержание жира - 4-5%, он сжигает очень много калорий. Поэтому чтобы наращивать мышечную массу, нам приходилось давать ему по четыре-пять тысяч калорий в день. Но не любой еды, а только непосредственных источников энергии: овощи, нежирное мясо. Из-за низкого содержания жира телу приходится брать энергию из мышц - а этого нам как раз не надо, поэтому мы кормили Эндрю высококалорийной пищей вроде пасты. Время от времени он нарочно дразнил меня, съедая кусок торта.

Какие сцены требовали особой подготовки?

Крупные сцены драк. Я специально изнурял его тренировками - физически и психологически - чтобы к моменту съемки он выглядел действительно уставшим. По мне, так это были самые веселые этапы подготовки.

А что насчет Дэйна ДеХаана? Как ты готовил его для роли Гарри Озборна?

С Дэйном все было несколько иначе: нам не требовалось сделать из него супергероя. В фильме он больше дамский угодник, уверенный в себе, чванливый и самодовольный. Такие ребята ведут себя по-другому. Когда мы встретились в первый раз, у него была небольшая сутулость и круглые плечи. Моей задачей было выпрямить его плечи и грудь, заставить его казаться выше. Дэйн прибавил примерно пять килограмм мышечной массы, но главное - он начал соответствовать своему росту в 180 сантиметров.

Как ты этого добился?

Корригирующей гимнастикой. Вместо того чтобы сразу набирать массу, мы сначала научили его тело правильно двигаться, растянули мышцы. Только потом мы забивали плечи, а также много двигались, чтобы сохранить баланс - так при ходьбе Дэйн выглядел естественно.

Расскажи, откуда ты столько знаешь про фитнес?

Я родился и вырос в Калифорнии и поначалу хотел стать актером. В Голливуде все говорят, что только четыре работы позволяют успевать на прослушивания: парковщик, официант, бармен и фитнес-тренер. Я выбрал последнюю, потому что у меня всегда было крепкое тело. До этого я служил в армии, работал пожарным. Так что проблем с фитнесом не возникло.

Изучение способностей пауков и ящериц дало возможность исследователям заявить о реальности создания костюма, который наделяет его владельца способностями . Карабкаться по отвесным стенам, свисать с крыши вверх тормашками и удерживаться на полированном стекле ящерицам помогают миллиарды волосков, расположенных на поверхности их лап. Исследования, проведенные еще в 2002 г. в Штатах, показали, что в структуре этих волосков действует слабое притяжение между молекулами, называемое также силами Ван дер Ваальса. Кумулятивная энергия, накопленная благодаря притяжению, дает возможность прилипать практически к любой поверхности. Немаловажную роль, кроме того, играет способность ящериц и пауков удерживать вес, в сотни раз превышающий их собственный, что дает им возможность без труда находиться на вертикальной поверхности длительное время.

Профессор Николь Пуньо из Политехнического института Турина, принимающий деятельное участие в разработке уникального костюма, заявил, что эта энергия может быть использована и для того, чтобы поддерживать вес взрослого человека. Сила притяжения в данном случае должна в 200 раз превышать данные геккона. Также не стоит забывать о том, что чем больше липучая площадь, тем меньше ее эффективность. Так, перчатка, покрытая волосиками ящерицы, будет значительно менее действенна, чем лапка геккона.

Здесь на помощь ученым пришли нанотехнологии. Ведь если сделать липучую структуру сильнее, это обнулит эффект размера, а карбоновые трубки, которые должны стать альтернативой натуральным волоскам, способны вырабатывать значительно большую силу притяжения.

Однако Пуньо отметил, что это лишь теория, и ученым предстоит долгий путь до создания первого опытного образца. Дело в том, что суперкостюм должен обладать тремя свойствами. Первое из них, конечно же, липучесть. Второе - способность быстро отлипать от поверхности для следующего шага. Ну и в третьих, должна иметься способность самоочищения. Ведь частицы грязи значительно осложняют "жизнь" миниатюрным структурам, создающим эффект липучести. Для этого костюм просто обязан быть, по выражению Пуньо, суперводоотталкивающим. Проблема в том, что все эти качества противоречат друг другу. А главной нерешенной задачей остается то, что человеческие мускулы элементарно не позволят долгое время удерживаться, к примеру на крыше небоскреба. Однако светила науки не отчаиваются, ведь пауки и ящерицы изо дня в день демонстрируют, что создание костюма Человека-Паука - это реальность.

Остается лишь найти ему достойное применение. Хотелось бы верить, что космонавтам и мойщикам окон чудо-костюм пригодится гораздо больше, чем военным.

В игре Человек-паук летает по городу, цепляясь паутиной за здания. Однако возможно ли это на самом деле? И как фильмы и игры решают эту проблему?

Человеку-пауку, должно быть, невыносимо трудно по воздуху передвигаться по Манхэттену, ведь сила притяжения должна была бы притягивать его к небоскребам каждый раз, когда он выпускал паутину, не позволяя двигаться вперед.

Вот что на самом деле произойдет с Человеком-пауком, если он попытается зацепиться одной паутиной за здание и раскачаться:

Можно предположить, что создатели Человека-паука Стэн Ли и Стив Дитко не задумывались об этом нюансе, потому что для комикса такой проблемы не существует. Однако для кино и в особенности для видеоигр это важно, и создатели произведений как только не пытались объяснить, почему у Питера Паркера получается побеждать физику.

Вариант №1 (и самый реалистичный)

Человек-паук цепляется обеими руками за оба небоскреба

Только при таком способе передвижения Человеку-пауку можно передвигаться по городу, не ударяясь о стены каждые пять секунд. Но в кинофильмах и видеоиграх редко появляются такие сцены – не слишком эстетично. Один из примеров – фильм «Человек-паук» 2002 года, где Питер погнался за преступником, убившим дядю Бена, и должен был совершить свой первый полет. Он выпустил сначала одну паутину, но когда понял, что сейчас ударится о здание, выпустил еще одну.

В самом конце фильма Человек-паук также один раз выстрелил двумя паутинами, чтобы сохранить равновесие. В третьем «Человеке-пауке» черный паук один раз выстрелил двумя руками, чтобы подтянуться к зданиям. В общем-то, список весьма ограниченный, его можно дополнить всего парой-тройкой примеров. В видеоиграх же такой способ отсутствует начисто.

Вариант №2. Версия «А»

Человек-паук цепляется за воздух

В финальной сцене первого фильма про Человека-паука главный герой пролетает мимо машин на паутине, которая абсолютно перпендикулярна земле – супергерой что, зацепился за небеса? Другой подобной механикой снабжена игра The Amazing Spider-Man 2012 года. В ней Человек-паук не цепляется за небоскребы, а выпускает одну длинную паутину вверх и сильно раскачивается на ней, что позволяет совершать головокружительные прыжки. Это можно сделать только на уровне небоскреба, что дает хоть какую-то каплю реалистичности.

Вариант №2. Версия «Б»

Человек-паук цепляется за воздух и передвигается короткими рывками

Вариация первого варианта стоит в стороне, потому что есть целых две видеоигры, в которых реализован этот принцип. В игре Spider-man The Movie 2002 года герой передвигался по городу на паутине очень короткими рывками, что усиливало ощущение нереалистичности. Такой же принцип реализован в игре Lego Marvel Super Heroes, где Человек-паук представлен в виде фигурки Lego. Более того, главный герой может зацепиться паутиной за воздух и висеть в таком положении.