آنچه که موجودات چسبنده دریایی برای ساخت چسب به ما می‌آموزند.

خب دوست دارم در یک سفر میدانی با من همراه شوید، و می‌خواهم به ساحل بروم و همه شما را با خودم ببرم و می‌خواهم از نسیم ساحلی و پاشش نمک لذت ببرید. بگذارید پایین‌تر برویم به زیر لبه آب، و متوجه می‌شوید که امواج دارند به ما ضربه می‌زنند، و واقعاً سخت است که در این وضعیت بمانید. اما حالا به پایین نگاه کنید، و چیزی که قرار است ببینید صخره‌هایی است که با انواع موجودات دریایی پوشانده شده‌اند که بدون مشکل در این وضعیت مانده‌اند. و از قضا اگر بخواهید در این محیط واقعاً خشن دوام بیاورید، موجودیت شما به توان شما برای ساخت چسب وابسته است.
پس بگذارید چند تا از قهرمانان داستان‌مان را به شما معرفی کنم، فقط چند تا. خب این‌ها صدف هستند، و متوجه خواهید شد که صخره‌ها را پوشانده‌اند. آن‌ها چسب ساخته‌اند، و به صخره‌ها چسبیده‌اند، آن‌ها به یکدیگر هم چسبیده‌اند. پس آن‌ها به صورت گروهی به پایین خم شده‌اند.
این یک عکس نزدیک از یک صخره صدفی است، و صدف‌ها حیرت‌آور هستند. آن‌ها به یکدیگر سیمان‌کاری می‌شوند، و این بناهای عظیم و گسترده را می‌سازند. می‌توانند کیلومترها طول و چندین متر عمق داشته باشند، و مسلماً این‌ها مهمترین عاملی هستند که از سلامت یک اکوسیستم دریایی حکایت دارد، چون به طور مداوم آب را فیلتر می‌کنند، شن و خاک را در محل نگه می‌دارند. در واقع، گونه‌های دیگر درون این صخره‌ها زندگی می‌کنند. اگر به این فکر می‌کنید که با آمدن طوفان چه اتفاقی می‌افتد، باید بگویم که طوفان اول باید از عرض چندین کیلومتری این صخره‌ها عبور کند، و ساحل پشت این صخره‌ها محافظت می‌شود. پس واقعاً موثر هستند.
اگر تا حالا ساحل صخره‌ای دیده باشید که تقریباً همه جای دنیا هست، به احتمال زیاد می‌دانید که کشتی‌چسب‌ها چه شکلی هستند. این جانوران چه می‌کنند-- انواع زیادی از این جانوران وجود دارد و اینجا فقط سه نوع از آن را می‌بینید -- چسب می‌سازند، به یکدیگر و به صخره‌ها می‌چسبند و با انجام این کار کلونی‌ها را می‌سازند، و مزایای حیاتی زیادی حاصل می‌کنند. یکی از مزایا این است که هر یک از آن‌ها در معرض تلاطم کمتری واقع می‌شود و در قبال هر اثر مخرب محیط اطراف بهتر حفظ می‌شوند. پس در آنجا همه آنها حفظ می شوند
پس در تعداد، ایمنی هم حاصل می‌شود، چون همچنین کمک می کند شکارچیان دور نگه داشته شوند، چون مثلاً اگر یک مرغ دریایی بخواهد یکی را ببرد و بخورد، اگر آنها همه به هم چسبیده باشندکار مرغ دریایی سخت تر می شود.
و دیگر اینکه این موضوع به بهره وری تولید مثل هم کمک می کند. تصور کنید وقتی که آقا و خانم کشتی‌چسب تصمیم‌شان را بگیرند، «خب وقت داشتنبچه کشتی‌چسب است» -- هنوز نمی خواهم بگویم چطور این کار را می کنند -- اما وقتی آنها تصمیم می گیرند زمان انجام این کار است، کار بسیار ساده‌تر و بهره‌وریتولید مثل آنها بالاتر است در حالتی که نزدیک به هم زندگی کنند.
ما میخواهیم بفهمیم آنها چطور این کار را می کنند و چطور به هم می‌چسبند، و من نمی توانم به شماتمام جزئیات را بگویم، چون این چیزی است که خود ماهمچنان سعی داریم بفهمیم اما بگذارید اشاره کوتاهی بکنم به برخی کارهایی که ماتلاش داریم انجام دهیم.
این تصویری است ازسیستم‌های آکواریومی کهما در آزمایشگاهمان داریم، و هر چیز در تصویر قسمتی از سیستم است، و تنها کاری که انجام می دهیم نگهداری است-- و شما می‌توانید در مخزن شیشه ای ببینید کهدر کف آن یک دسته صدف وجود دارند ما آب را سرد نگه می‌داریم،و چراغ‌ها چرخه‌ای عمل می‌کنند، در حقیقت سیستم را متلاطم نگه می‌داریم چون این جانواران برای ما چسببیشتری می‌سازند وقتی که آب متلاطم است. پس ما آنها را راغب به تولید چسب می‌کنیم، چسب را جمع آوری و مطالعه می‌کنیم. آنها اینجا در "ایندیانا" هستند. تا جایی که خودشان می‌داننددر ماه فوریه در "مین" هستند، و تا جایی که می‌توانیم بگوییمآنها به نظر خوشحال هستند.
ما با صدفها هم کار می کنیم، و این بالا عکسی است از یک صخره کوچکدر "کارولینای جنوبی"، و آنچه ما بیشتر علاقمندیم این است که ببینیم آنها چطور به هم چسبیده‌اند، چگونه متصل می‌شوند. و بنابراین آنچه شما در عکس پائین می بینید دو صدف است که به یکدیگر سیمان‌کاری شده‌اند. و ما می خواهیم بدانیمچه چیزی بین آنهاست بنابراین ما بارها آنها راجدا می کنیم و نگاه می‌کنیم، و در سری بعدی عکسها ما اینجا داریم، شما می توانید در پایین ببینید ما دو پوسته داریم، پوسته ای از یک جانور وپوسته ای از جانور دیگر، و سیمان بین آنها. و اگر شما به عکس سمت راست نگاه کنید، آنچه شما ممکن است ببینید این است که ساختاری در پوسته هر جانور وجود دارد، اما سیمان متفاوت به نظر می‌رسد. و بنابراین ما از همه ابزارهای شیمیو زیست‌شناسی استفاده می‌کنیم تا بفهمیم آنجا چه اتفاقی می‌افتد، و آنچه ما یافتیم اینکه ساختارها متفاوتند و از نظر شیمیایی واقعا متفاوت هستند،و این بسیار جالب است.
و سپس این تصویر-- اجازه دهید به عقب برگردمقبل از اینکه بگویم این چیست. کارتون "اتوبوس سحر آمیز مدرسه"را می شناسید؟ یا اگر کمی بزرگتر هستید،"سفر فوق‌العاده" درست است؟ و به خاطر داریدآنها این شخصیت ها را داشتند که کوچک می شدند تا حد میکروسکوپی، و سپس اطراف ساختارهای بیولوژیکی می‌چرخیدند، شنا می‌کردند و پرواز می‌کردند. به عنوان مثال گفتم اما در این مورد قضیه واقعی است. اما کاری که ما کردیم این است که دو صدف چسبیده به هم را تهیه کردیم، و این ناحیه با سیمان پر شده است، و دریافتیم که این سیمان ترکیبات مختلفی دارد، اما عموماً قطعات سخت غیر چسبنده و قطعات نرم چسبنده وجود دارند، ما قطعات غیرچسبنده را به صورت انتخابی جدا کردیم تا ببینیم برای چسباندن جانوران چه چیزی باقی می‌ماند، و کشف کردیم که این ماده چسبناک که می‌بینیم آنها را به یکدیگر می‌چسباند. به نظرم تصویر واقعاً خوبی است، چون می‌توانیم خودمان را تصور کنیم که به درون آن پرواز کرده و بر می‌گردیم.
به هر حال، اینها کارهایی است که انجام می‌دهیم تا بفهمیم چگونه زیست دریایی این مواد را می‌سازد. از دیدگاه بنیادی، دانستن این موضوع واقعاً هیجان‌انگیز است. اما با این اطلاعات چه کار می‌خواهیم بکنیم؟ خب، کاربردهای تکنولوژیک زیادی وجود دارد اگر بتوانیم فعالیت جانوران را به کنترل در آوریم.
خب بگذارید یک مثال بزنم. تصور کنید که در خانه هستید و مجسمه مورد علاقه خود یا یک لیوان سفالی یا چیزی مثل آن را شکسته‌اید. می‌خواهید دوباره آن را سرهم کنید. خب کجا می‌روید؟ به محل مورد علاقه من در شهر می‌روید، راهرو چسب‌ها در مصالح‌فروشی. می‌دانم شب خود را کجا می‌گذرانید، چون همه شما آدم‌های خوبی هستید چونکه اینجا هستید، و شما به بارها و کنسرت‌ها می‌روید -- اینجا جایی است که من هر شب می‌گذرانم. بگذریم، از شما می‌خواهم از هر یک از انواع چسب‌های موجود در قفسه یک نمونه بردارید، به خانه بیاورید، اما قبل از اینکه سعی کنید اجزا را به هم بچسبانید، از شما می‌خواهم این کار را در یک سطل آب انجام دهید. عمل نمی‌کند، درست است؟همه ما این را می‌دانیم. خب واضح است که زیست دریایی این مشکل را حل کرده است، فقط نیاز داریم بفهمیم چگونه می‌توانیم این فرآیند را کپی کنیم. یکی از موارد این است که نمی‌توانید به سادگی بروید و این مواد را از ساحل بیاورید، چون اگر دسته‌ای از صدف‌ها را بیاورید و سعی کنید چسبشان را استخراج کنید، مقدار بسیار کمی بدست می‌آورید، و هرگز به اندازه‌ای که بتوان با آن کاری کرد حاصل نمی‌شود، فقط برای دیدن کافی است. باید مقیاس را افزایش دهیم، در حالت ایده‌آل در مقیاس واگن قطار.
خب در بالا تصویری از انواعی مولکول هست که این جانوران برای ساخت چسب استفاده می‌کنند، مولکول‌های بسیار بلندی هستند که پروتئین نامیده می‌شوند، و این پروتئین‎‌ها اجزای منحصر به فردی را در خود دارند که خواص چسبندگی را به آن‌ها می‌دهد. ما می‌خواهیم آن بخش‌های کوچک از این شیمی را برداریم، و آنها را روی مولکول‌های بلند دیگری که می‌توانیم بدست آوریم قرار دهیم اما چیزهایی که می‌توانیم در مقیاسی بسیار بزرگ بسازیم و شما احتمالاً آنها را بعنوان پلاستیک یا پلیمر می‌شناسید، پس ما داریم کار آنها را ساده‌سازی می‌کنیم، و سپس این شیمی چسب را به این مولکول‌های بزرگ می‌افزاییم.
با این کار سیستم‌های چسبنده مختلفی را ساخته‌ایم، و هنگامی که یک چسب جدید و به ظاهر مناسب را می‌سازید، چه می‌کنید؟ اطراف آزمایشگاه می‌چرخید و چیزهای مختلف را به یکدیگر می‌چسبانید. ما قطره کوچکی از چسب را برداشته و دو قطعه فلز را به هم چسباندیم و خواستیم چیزی را از آن آویزان کنیم، خب یک قابلمه از صدف‌های زنده را استفاده کردیم و فکر کردیم خیلی زرنگ هستیم.
(خنده)
بیشتر اوقات در این موارد مابسیار حسابگر هستیم، و بنابراین با چسب‌های تجاری مقایسه می‌کنیم، و اکنون موادی داریم که از چسب فوری قویتر هستند. خب برای من این خیلی عالیست. این یک روز خوب در آزمایشگاه است که این از چسب فوری قویتر است.
و این کار دیگری است که می‌توان انجام داد. خب این یک مخزن آب دریا است. و در این سرنگ یکی از فرمول‌های چسبنده ماست، داریم آن را کاملاً زیر آب تخلیه می‌کنیم، روی یک تکه فلز. ما می‌خواهیم یک اتصال چسبنده بسازیم، پس یک تکه فلز دیگر بر می‌داریم آن را آنجا قرار داده و موقعیت آن را تنظیم می‌کنیم. خب اجازه دهید مدتی در این وضعیت بماند تا شانسی داشته باشد، خب یک وزنه روی آن قرار می‌دهیم، چیز خاصی نیست. این یک لوله است با ساچمه سربی درون آن، چیز خاصی نیست. اجازه می‌دهیم مدتی آنجا بماند. خب اصلاً هوا ندیده است. کاملاً زیر آب است. و شما ان را بر می‌دارید. اصلاً نمی‌دانم قرار است چه اتفاقی بیفتد. همیشه در این وضعیت مضطرب می‌شوم. بلندش کن .. و چسبیده است.
برای من این خیلی خوب است. بنابراین می‌توانیم چسبندگی بسیار قوی زیر آب داشته باشیم. احتمالاً این قویترین یا لااقل یکی از قویترین‌ چسب‌های زیرآبی است که تا به حال دیده شده است. این حتی از موادی که این جانوران تولید می‌کنند قویتر است، خب برای ما این هیجان‌انگیز است. این عالی است.
خب با این مواد چه کار می‌خواهیم بکنیم؟ خب اینها برخی محصولات هستند که احتمالاً با آنها آشنا هستید. در مورد تلفن همراه، لپ تاپ، تخته‌های کاربردی در بیشتر سازه‌ها داخل خودرو، کفش‌ها، دفترچه تلفن و چیزهایی مثل این فکر کنید. همه اینها با چسب سرهم شده‌اند، و در چسب‌هایی که در این محصولات استفاده می‌شود همیشه دو مشکل اصلی وجود دارد. اولاً اینکه سمی هستند. و آسیب‌زا ترین در این مورد تخته است. تخته یا بسیاری از مبلمان یا چوب لمینت شده در کف-- ترکیب اصلی این چسب‌ها فرمالدهید است، و ترکیبی است که در موردش شنیده‌اید. یک گاز است و همچنین سرطانزا است، و ما داریم سازه‌های مختلفی را با این چسب‌ها بنا می‌کنیم، و داریم بسیاری از این ماده سرطانزا را تنفس می‌کنیم. بدیهی است که خوب نیست، درست است؟ موضوع دوم این است که همه این چسب‌ها دایمی هستند. و شما با کفش، ماشین یا حتی لپ‌تاپتان در پایان عمرش چه خواهید کرد؟ بیشتر اوقات، سرنوشت اینها به زباله‌دانی ختم می‌شود. و کلی مواد باارزش در آن‌ها وجود دارد که دوست داریم بتوانیم استخراج و بازیافت کنیم. به سادگی نمی‌توان این کار را کرد چون تمام اجزا به صورت دایمی به هم چسبیده‌اند.
خب یک روش که داریم سعی می‌کنیم برای حل این مشکل به کار ببریم و کاری که تا به حال انجام داده‌ایم، استفاده از مولکول بلند دیگری است که از ذرت استخراج کرده‌ایم، و به آن مولکول افزوده‌ایم، ما بخشی از شیمی چسب را از صدف‌ها قرار داده‌ایم پس چون هم از ذرت و هم از صدف استفاده کرده‌ایم اسم آن را پلیمر بشقاب غذایی دریایی و گوشتی گذاشته‌ایم. و می‌چسبد. واقعاً خوب می‌چسبد. خیلی قوی است. همچنین پایه زیستی دارد. خیلی خوب است. اما احتمالاً مهمتر اینکه تخریب‌پذیر است، و می‌توانیم در شرایطی کاملاً نرمال آن را با آب تخریب کنیم. خب پس می‌توانیم اشیا را سرهم کنیم و می‌توانیم آنها را قویاً به هم متصل کنیم ولی همچنین می‌توانیم آن‌ها را جدا کنیم. این چیزی است که به آن فکر می‌کنیم.
و اینجا جایی است که بسیاری از ما دوست داریم در آن باشیم خب در این مورد خاص، دوست نداریم در آن قرار بگیریم، اما ما دوست داریم این را جایگزین کنیم. خب نخ‌ها، گیره‎‌ها و پیچ‌ها: این روشی است که پس از جراحی یا آسیب‌دیدگی اعضا را سرهم می‌کنیم. واقعاً وحشتناک است. آسیب زاست. در مورد نخ بخیه، نگاه کنید چگونه پوست متراکم می‌شود و برای کشاندن اعضا به یکدیگر چه فشارهای مکانیکی اعمال می‌شود. موضع‌هایی مستعد عفونت ایجاد می‌شود. بافت‌های سالم سوراخ می‌شوند. این اصلاً خوب نیست.
یا اگر برای اتصال استخوان‌ها نیاز به پلاتین باشد، ببینید چه استخوان‌های سالمی که باید سوراخ شوند فقط به این خاطر که پلاتین در محل قرار گیرد. وحشتناک است. این مرا یاد شکنجه‌گاه‌های قرون وسطی می‌اندازد، اما این جراحی مدرن ماست. خب آرزو دارم سیستم‌هایی مثل این با چسب‌ها جایگزین شود. داریم روی آن کار می‌کنیم اما ساده نیست.
خب تصور کنید برای استفاده از چسب در چنین مواردی به چه نیاز داریم. اولاً چسبی نیاز داریم که در یک محیط مرطوب عمل کند. و اگر به این عکس کوچک خنده‌دار نگاه کنید، فقط برای این است که نشان دهد حدود ۶۰ درصد از بدن ما آب است، پس یک محیط مرطوب است. همچنین برای این است که نشان دهد من یک دانشمند هستم نه یک هنرمند. دلم اصلاً برای چنین عنوانی تنگ نشده است.
در نهایت چیزهای دیگری که برای یک چسب بیولوژیکی نیاز داریم: البته باید اتصال محکمی ایجاد کند، و نباید سمی باشد. نمی‌خواهیم که به بیماران آسیب بزنیم. حصول ماده‌ای با هر یک از این دو نیازمندی نسبتاً آسان است. دفعات زیادی انجام شده است. اما انجام همزمان هر سه تابحال میسر نشده است. خیلی سخت است. اگر این را به جراحان بگویید جا می‌خورند -- «آه، در واقع چسبی می‌خواهم که در مدت جراحی سفت شود.» یا، «آه، چسب باید تخریب‌پذیر باشد تا بافت‌های بیمار بتواند موضع را بازسازی کند.»
پس واقعاً مشکل است. داریم روی ان کار می‌کنیم. این تنها عکسی است که داریم. داریم انواع پوست و استخوان و بافت‌های نرم و سخت را امتحان می‌کنیم. گاهی به آن با چکش ضربه می‌زنیم. معمولاً، آن را در اشکال دقیقی برش می‌زنیم. سپس آن‌ها را به هم می‌چسبانیم.
نتایج شگفتی بدست آورده‌ایم، موادی قوی موادی که ظاهراً غیرسمی هستند، در محیط مرطوب سفت می‌شوند، اما نمی‌خواهم بگویم که مشکل چسب محیط مرطوب را حل کرده‌ایم، چون حل نکرده‌ایم، اما مشخصاً برای آینده در فکرش هستیم. جایی هست که باید دورتر دنبال آن بگردیم. جاهای بسیار بیشتری هم هست که می‌توانید تصور کنید نتیجه بهتری حاصل کند اگر بتوانیم چسب‌های بیشتری در آنجا پیدا کنیم. حتی مواد آرایشی. اگر در مورد افرادی فکر می‌کنید که ناخن و مژه مصنوعی استفاده می‌کنند، از چه استفاده می‌کنند؟ اکنون دارند چسب‌های بسیار سمی استفاده می‌کنند. پس وقت جایگزینی فرا رسیده است. این کاری است که می‌خواهیم انجام دهیم.
جاهای دیگری هم هستند. به ماشین‌ها و هواپیماها فکر کنید. آنها را می‌توان سبک‌تر ساخت، بازدهی سوخت بیشتری خواهند داشت. اگر بتوانیم از پرچ و جوشکاری رها شویم و چسب بیشتری جایگزین کنیم، در نسل آینده حمل و نقل نتیجه بهتری خواهیم گرفت.
پس برای ما همه چیز به ساحل بر می‌گردد. پس به اطراف نگاه می‌کنیم و می‌پرسیم، «چگونه این موجودات دریایی می‌چسبند؟ با فناوری چه می‌توانیم بکنیم؟» به جرات می‌گویم واقعاً چیزهای زیادی است که هنوز می‌توانیم بیاموزیم از زیست‌شناسی و از طبیعت.
دوست دارم همه شما را تشویق کنم که در آینده لپ‌تاپ و موبایل غیرقابل بازیافت خود را زمین بگذارید و بیرون بروید و جهان طبیعی را کاوش کنید و شروع کنید به پرسیدن سوالات خودتان.
بسیار سپاسگزارم.
( تشویق )