В будущем колготки и носки из паучьего шёлка смогут носить не только избранные, но и все желающие

Шёлк пауков-нефил похож на тончайшие золотые нити, а колготки из этого уникального материала стоят примерно 25 000 долларов США, но они не продаются в магазинах и доступны только избранным. Учёные ищут способы создания искусственного паучьего шёлка, который превосходит по прочности и красоте шёлк тутового шелкопряда.

В1709 году Франсуа Ксавье Бон де Сен-Илер, президент Счётной палаты в Монпелье, Франция, подарил Королю-Солнцу Людовику XIV пару серебристых чулок из паучьего шёлка, созданных из сотен кропотливо собранных мешочков для яиц. «Единственная трудность сейчас заключается в том, чтобы раздобыть достаточное количество паучьих мешочков, чтобы хватило хоть на что-либо стоящее», — написал Бон в письме Британскому Королевскому обществу в следующем году. Более чем через три столетия эта не столь незначительная трудность была преодолена, и представители королевской семьи впервые получили возможность приобрести одежду из паучьего шёлка, в частности, тканый галстук, окрашенный в голубоватый цвет и выпущен ограниченным тиражом в 50 экземпляров биотехнологической компанией Bolt Threads.

Считается, что китайцы были первыми, кто начал изготавливать пряжу из паутины пауков-нефил. Ткань из паутины нефил называли «сатин Восточного моря», отличалась она исключительной прочностью и носкостью. Паучья ткань впервые попала в Европу благодаря Франсуа де Сент-Илер, который помимо нескольких пар чулок изготовил для короля ещё и перчатки.

Рыбаки тропических островов с давних пор знали о необычайных свойствах сетей пауков-нефил, в том числе цепкости, и попросту собирали их ловушки, делали из них шар и бросали в воду. Кроме сетей из паучьей паутины жители островов, где обитают нефилы, делают некое подобие рубашек и курток.

В 2012 г. в музее Альберта и Виктории в Лондоне выставлялся удивительно красивый наряд, сотканный целиком из цельных золотых нитей паука-кругопряда, обитающего на Мадагаскаре. Пауков собирали вручную, в течение 20 минут брали от них нити, а затем отпускали на волю. Всего для этого понадобилось более миллиона пауков. Впоследствии на ткацком станке было создано полотно. Его яркий желто-золотистый цвет – естественный. Всего на создание этого наряда, который можно носить как накидку, плащ или вечернее платье, мастерам понадобилось четыре года. Из всего этого следует, что процесс создания одежды из паутины настолько трудоемкий и долгий, что она не будет повседневной, а останется оригинальным произведением искусства.

Люди научились разводить шелкопряда, но нефилы, несмотря на все усилия, не поддаются размножению в неволе. Численность этих пауков постоянно уменьшается, соответственно, меньше становится и ценной паутины.

Цена колготок из паутины нефил по некоторым данным составляет 25000 долларов США. Некоторые источники утверждают, что, например, перчатки из паутины были проданы на аукционе в Лондоне за 200 000 фунтов стерлингов; в Нью-Йорке за 700 000 долларов США была куплена водолазка из паутины, покупатель — один из киномагнатов. Колготки из паутины могут позволить себе лишь единицы. И в их число входят Клаудиа Шиффер, Мадонна, Шэрон Стоун. По данным, которые мы не смогли проверить, один из российских олигархов купил жене колготки из паутины нефил за 600 000 долларов США. Неудивительно, что одно из названий паука-нефилы — это золотопряд.

Колготки из паутины упоминаются в описании коллекции модельера Denis Gagnon (Дени Ганьон) — Barbarella (Барбарелла), показ которой состоялся в Монреале в 2009 году. В основном Denis Gagnon работает с кожей, но тогда он добавил в свою коллекцию и шёлк.

Люди уже не единожды пытались наладить массовое производство нити из паутины. Но эта нить в лучшем случае выходила раз в 13 дороже шёлковой, да и пауки отказываются жить и работать в неволе. Когда-то даже пытались создать из паутины оболочку дирижабля, но человеческих ресурсов хватило лишь на 5 метров драгоценного полотна. До сих пор паутинные нити используются лишь в приборостроении и для создания эксклюзивной одежды.

Пауки, конечно, очень и очень давно производят шёлк для своих собственных целей. По словам Пола Хилларда, автора книги «Частная жизнь пауков», «Самое раннее свидетельство этого находится в девонских сланцах штата Нью-Йорк возрастом триста восемьдесят миллионов лет, где палеонтологи обнаружили окаменелую заднюю часть паука — своего рода душевую насадку паукообразных с двадцатью патрубками, через которые древний паук вытягивал шёлковые волокна, прежде чем объединить их в одну нить. С тех пор у пауков развилось семь различных специализированных шёлковых желез. Самцы пауков-крабов делают шёлк, чтобы связывать своих подружек перед спариванием; самки пауков плетут шёлковые трубчатые мешочки для яиц; а пауки-ловцы производят особые липкие шарики из шёлка, с помощью которых строят свои тяжелые вращающиеся дверцы из слоёв земли и паутины. Однако самый универсальный вид — это ампуллят, или драглайн, шёлк, который пауки используют для спуска и для создания паутины. В сочетании, эти различные шелка могут быть использованы для создания, казалось бы, бесконечного разнообразия форм: паучьи водолазные колокольчики, паучьи зонтики и даже паучий камуфляж. («Небольшой беспорядочный кусок белого шёлка может удивительно походить на падающую птицу», — замечает Хиллард).

Паучий шёлк также чрезвычайно эластичен и легок; некоторые шелка могут растянуться в пять раз, прежде чем порваться, а нить, достаточно длинная, чтобы опоясать  Землю, весила бы чуть больше фунта.

Способы использования паучьего шёлка человеком отстают от изобретательности самого паука. Древние греки, как известно, использовали мешочки с яйцами для перевязки ран, а новогвинейские рыбаки плели сети из паутины пауков-ткачей. Бон объясняет это предубеждением человечества против «столь отвратительного насекомого», но более практическая причина заключается в том, что пауки оказались устойчивыми к одомашниванию. «Разведение молодых пауков в комнатах, — отмечал Бон, — всегда заканчивалось одинаково: они дрались и ели друг друга». Это прискорбно, потому что паучий шёлк — чудесный материал. Он может быть прочнее стали и более устойчивым к разрыву, чем кевлар. Хотя человек может сравнительно легко пройти через паутину, это лишь потому, что каждая нить составляет всего три тысячных миллиметра в диаметре. Если увеличить диаметр до миллиметра, паутина сможет ловить вертолеты так же эффективно, как в настоящее время ловит мух. Паучий шёлк также чрезвычайно эластичен и легок; некоторые шелка могут растянуться в пять раз, прежде чем порваться, а нить, достаточно длинная, чтобы опоясать Землю, весила бы чуть больше фунта. Паукообразные — отличные химики, часто наделяющие свой шёлк водоотталкивающими и противогрибковыми свойствами.

Соблазненные этими многообещающими свойствами, горстка предприимчивых фанатиков шёлка пыталась следовать по стопам Бона на протяжении многих лет — и, несомненно, столкнулась с той же проблемой масштаба. Хирург времен Гражданской войны Берт Грин Уайлдер, которого лучше всего помнят за то, что он раньше всех использовал термин «нейрон» в печати, сообщил об извлечении 150 ярдов золотой нити большого паука-ткача, когда он служил на острове Фолли (Южная Каролина), в Пятьдесят четвертом Массачусетском добровольческом пехотном полку, афроамериканском подразделении. Вдохновленный, Уайлдер продолжал изобретать шёлковую машину, которая больше всего напоминала крошечные средневековые колодки: откидная деревянная доска обездвиживала паука с головой и ногами с одной стороны и брюшком с другой, а ручная катушка вытягивала шёлк. Это было хитроумное изобретение, но позже Уайлдер пришел к выводу, что для создания одного платья из паучьего шёлка потребуется материал от пяти тысяч особей.

Более века спустя наука не сильно продвинулась вперед. В 1982 году исследователи из Университета штата Северная Каролина всё ещё публиковали статьи, описывающие «устройство и технику для принудительного шелкования пауков» — по сути, обновленную версию устройства Уайлдера, способную одновременно вместить десятки особей.

Затем произошла генетическая революция девяностых годов, а вместе с ней появилась возможность выделить подходящие для производства паучьего шёлка виды ДНК. Не было бы необходимости в создании фермы и ранчо для пауков-ткачей; генетически модифицированные бактерии кишечной палочки, дрожжи, табачные растения и даже козы могли бы делать эту работу. (Остатки стада коз Biosteel, финансируемые Министерством обороны США, в настоящее время проживают в Университете штата Юта после того, как биотехнологическая компания, которая разводила их для производства паучьего шёлка на основе их молока, подала заявление о банкротстве).

Проблема заключалась в том, что даже если исключить из уравнения живых пауков, процесс оставался, по словам Дэна Видмайера, генерального директора и соучредителя Bolt, «абсолютно диким». Компания решила производить шёлк с использованием пивных дрожжей, ферментированных в резервуарах из нержавеющей стали с водой и сахаром — довольно простая установка. Но последовательности генов, которые кодируют производство шёлка, почти полностью состоят только из двух из четырех молекул, составляющих ДНК, а это означает, что они очень часто повторяются и их легко испортить.  По словам Видмайера, возиться с этими последовательностями, чтобы заставить дрожжи экспрессировать различные протеины шёлка, было «тягостно»; он подсчитал, что Bolt разработал около четырех тысяч рецептур с момента своего основания в 2009 году. «А затем, когда вы выполнили ферментацию, и микроорганизмы сделали весь этот прекрасный белок, тогда ваша следующая проблема — как получить высококачественную чистую струю для использования в качестве сырья для прядения», — сказал он. Другими словами, нужно было заставить дрожжи выделять шёлк, чтобы Видмайеру и его коллегам не приходилось соскабливать каждую отдельную клетку.

После отделения протеина шёлка от сладкой дрожжевой воды в бродильных чанах Bolt он очищается до порошка. Затем порошок смешивают с растворителем до тех пор, пока он не приобретет вязкость резинового клея: полученная масса называется прядильной пастой, и её можно экструдировать через фильеру для создания волокна. (В природе паук полагается на механизм толкания и вытягивания, чтобы превратить свою прядильную смесь в нить: внезапное падение кровяного давления выталкивает вязкие белки шёлка из сопел, похожих на насадки для душа в его брюшной полости, и паук вытягивает их, превращает шарики в пряди, используя свои ноги и вес тела).

«В прядении происходит много скучных, обыденных вещей», — сказал Видмайер. Любое количество мельчайших изменений в чистоте белка, вязкости, рН и температуре может превратить прядильный раствор в липкую массу, которая образует шарики, а не нити, или заклинивает матрицу. Отсюда и гордость Видмайера за то, что он создал пятьдесят галстуков, каждый из которых содержит эквивалент девяноста километров паучьего шёлка-драглайна.

Bolt Threads и обанкротившаяся компания, напоминанием о которой остаются козы Biosteel в Юте, не единственные, кто занимается разработкой генетически модифицированного паучьего шёлка. В 2016-м году японская фирма Spiber использовала кишечную палочку, чтобы сделать образец парки для The North Face, а Adidas в партнерстве с AMSilk, немецкой компанией по производству биоматериалов, выпустила кроссовки из паучьего шёлка.

Но Bolt выиграл гонку за создание коммерческого продукта, даже если цифры настолько малы, что компания выбирает своих покупателей посредством лотереи. На данный момент галстуки не прочнее стали, они не пуленепробиваемые, не водонепроницаемые или не суперэластичные — Видмайер рекомендует обращаться с ними деликатно, — но, вернувшись в лабораторию, он сказал, что компания работает с Patagonia над ещё несколькими амбициозными продуктами. Он также пытается улучшить воздействие на окружающую среду. Текстильная промышленность из всех секторов производит самые загрязнённые сточные воды, в основном из-за синтетических красителей, поэтому Bolt работает над штаммом дрожжей, которые могут выделять не только шёлк, но и краситель. А в долгосрочной перспективе, сказал Видмайер, его цель — избавить дрожжи от кукурузного сахара, культуры, которой моожно бы кормить людей вместо этого, и использовать сахар на основе целлюлозы, сделанной из макулатуры, опилок и осадка сточных вод. Биоволокна уже предлагают значительное экологическое преимущество по сравнению с последним крупным шагом вперёд в отрасли — тканями на нефтехимической основе, такими как нейлон и спандекс.

Разработки выходят не только за пределы производства галстуков, но и за рамки создания шёлка как такового.

«В некотором смысле это пережиток переходного этапа — называть полученный материал паучьим шёлком, — сказал Видмайер, — В конце концов, мы делаем волокна на основе белка, которые имеют поперечное сечение, текстуру и свойства, такие, что они ощущаются почти как всё, что вы хотите — шерсть, нейлон или что-то совершенно новое».

В будущем биошёлк может появиться в таких разнообразных продуктах, как военная броня и фармацевтическая упаковка, но собственная мечта Видмайера проста: лучший, более прочный, более удобный свитер с длинными рукавами. «Это не космический лифт, я знаю, — сказал он, — Но это то, что меня действительно волнует».