Hämähäkin seitti on lujempaa kuin mikään muu materiaali maailmassa. Siksi tutkijat tahtovat oppia yhtä päteviksi langantekijöiksi ja panna pystyyn seittitehtaan.

Teksti: Maria Korteila

Hämähäkin seitti on lujempaa kuin mikään muu materiaali maailmassa. Siksi tutkijat tahtovat oppia yhtä päteviksi langantekijöiksi ja panna pystyyn seittitehtaan.

Julkaistu Tiede -lehdessä 8/2012

Nyt ne ovat täällä taas: aamukasteessa metsän varvuissa, pihan pensaissa ja pientareilla kimmeltävät hämähäkin verkot. On upeita ratasverkkoja, yksittäisiä siimoja ja puiden lehtiin kiinnittyneitä tiheitä keriä. Niistä me tunnemme kahdeksanjalkaiset ystävämme. Ystäviähän ne ovat, vaikka moni niitä hiukan kammoaakin. Hämähäkit saalistavat tehokkaasti ikävämpiä ötököitä.

Kaikki hämähäkit eivät kudo verkkoa, mutta kaikki tekevät seittiä. Se näet sopii muuhunkin kuin saalistukseen. Siitä voi rakentaa turvapaikan, ja siihen koteloidaan munat. Seitin avulla hämähäkkikin pääsee siivetönnä lentoon, kun sopiva tuulenvire lennättää lankaa pitkiäkin matkoja.

Suomesta tunnetaan yli 600 hämähäkkilajia. Kutojat eli verkkohämähäkit voi nähdä päivystämässä pyydysverkkonsa äärellä, metsästäjiä taas pitää tihrustaa maasta ja kasvien rungoilta. Ne juoksevat tai hyppäävät saaliinsa kiinni – tai vain väijyvät hiljaa. Sopivassa maastossa hämähäkkejä voi olla satoja yhden neliömetrin alueella.

Yhteensä maailmassa on yli 40 000 hämähäkkilajia, ja joka vuosi lista kasvaa muutamalla sadalla uudella tuttavuudella.

Haitekia aminohapoista

Seittiproteiinit peittoavat ominaisuuksillaan myös kaikki synteettiset materiaalit.

Hämähäkkimies-elokuva aliarvioi seitin vahvuuden; huomattavasti ohuempi köysi olisi kannatellut sankaria. Jos seitistä saisi tehtyä kaksi senttiä paksun köyden, sillä voisi vetää jumbojettiä.

Seittilanka on monta kertaa vahvempaa kuin saman paksuinen teräslanka ja noin kaksi kertaa joustavampaa kuin nylonkuitu. Seittilanka voi katkeamatta venyä yli 30 prosenttia pituudestaan. Lisäksi se on sitkeämpää kuin kumi.

Toki kaikki verkon osat eivät ole yhtä vahvoja; hämähäkki pystyy tuottamaan jopa seitsemää eri seittityyppiä. Seitin vahvuutta mitataan yleensä niin sanotuista tukilangoista. Tahmeat pyydinlangat eivät yllä samaan kestävyyteen, mutta ne voivat venyä jopa nelinkertaisiksi alkuperäiseen pituuteensa verrattuna.

Kaikkein vahvinta seittilankaa kutoo ristihämähäkkeihin kuuluva darwininhämähäkki, joka elää Madagaskarissa. Sen tukilanka on 10 kertaa niin vahvaa kuin luotiliiveihin käytettävä Kevlar-kuitu. Se on myös yli kaksi kertaa vahvempaa ja yli kaksi kertaa joustavampaa kuin mikään muu tunnettu seitti.

Hämähäkin seitti on yhdistelmämateriaali, komposiitti. Se muodostuu proteiineista, jotka puolestaan koostuvat useista erilaisista aminohapoista. Niiden ketjuissa vuorottelevat joustavat eli amorfiset ja kiteiset, jäykät jaksot. Siksi seitti on sekä kestävää että joustavaa. Jaksojen järjestyminen määrää ominaisuudet. Kun hämähäkki kiskoo takaraajoillaan erittämäänsä seittiainesta, proteiinien molekyylit ikään kuin loksahtavat kohdalleen, ja rihma saa mekaaniset ominaisuutensa.

Viulistille kieliä, kirurgille lankaa

Hämähäkinseitin keveyden, vahvuuden ja joustavuuden yhdistelmä ins­piroi tutkijoita. Sen kaltaiselle materiaalille löytyisi monenlaista käyttöä autonosista implantteihin. Teollista tapaa valmistaa ihmemateriaalia ei vielä ole keksitty, mutta pilottikokeita on tehty muuallakin kuin laboratorioissa.

Japanissa kymmeniä vuosia seittiä tutkinut materiaalikemisti Shigeyoshi Osaki punoi seittilangasta viulunkielet. Paksuimpaan kieleen tarvittiin kymmeniätuhansia seittisäikeitä. Osakin mukaan seitti soi hyvin, ja siitä lähti teräs- ja nailonkieliin verrattuna ainutlaatuinen ääni.

Hollannissa seittitutkijat ovat osallistuneet taideprojektiin, jossa tehtiin luodinkestävää ihoa. Kasvatetulla hämähäkinseitillä päällystetty ihonäyte ei päästänyt läpi pienoiskiväärin luotia. Vaikka kyseessä oli taideprojekti, toi se hyvin esiin seitin mahdollisuudet.

Käyttöä löytyisi myös lääketieteessä. Seitistä on jo tehty kirurgisia ompeleita ja kehitetty materiaalia synteettisen hermokudoksen rakentamiseen. Seitti vaikuttaa lupaavalta myös geeniterapian apuna. Muunnellut seittiproteiinit voivat kuljettaa parantavat geenit turvallisesti elimistöön.

Seitistä tuntuu löytyvän myös uusia ylivoimaisia ominaisuuksia. Viime keväänä kiinalaistutkijat osoittivat, että seitti on kupariakin parempi lämmönjohde. Se on poikkeuksellista, sillä tavallisesti orgaaniset materiaalit johtavat lämpöä huonosti. Seittiä parempia lämmönjohteita ovat vain hopea ja timantti. Havainto voi auttaa kehittämään lämpöä siirtäviä komponentteja joustavaan elektroniikkaan, hellekelien erikoisvaatteita ja haavasiteitä, jotka eivät haudo.

Tehtaita toukkiin ja vuohiin

Kun kerran seitin ylivoimaiset ominaisuudet ovat tiedossa, pitäisi sitä pystyä valmistamaankin. Hämähäkkifarmi ei kuitenkaan olisi hyvä idea: hämähäkki vaatii oman reviirinsä ja tappaa liian lähelle osuvat lajitoverinsa.

Seitin valmistukseen ei tarvita hämähäkkiä, vain osa sen geeneistä.­ Ainakin Kanadassa, Yhdysvalloissa ja Britanniassa on jo vuosikymmenen ajan yritetty siirtää hämähäkin geenejä vuohiin ja lehmiin. Tavoitteena ei ole tuottaa verkkoja kutovia sorkkaeläimiä vaan saada eläimet lypsämään maitoa, joka sisältää seittiproteiinia. Maidosta sitä saisi erotetuksi suuria määriä. Teolliseen valmistukseen johtavaa läpimurtoa ei ole toistaiseksi tapahtunut.

Hämähäkin geenin osia on siirretty myös silkkiperhosen toukille. Kanadalaistutkijat kertoivat tänä vuonna, että silkkiäistoukkien kehräämä seitti on kuin sekoitus silkkiä ja seittiä. Se on normaalia silkkilankaa vahvempaa ja joustavampaa ja sitkeää kuin seitti. Tekstiiliyritys Kraig Biocraft aikoo kaupallistaa kuidun.

Vieläkin pienemmät apulaiset on otettu käyttöön Saksassa. Biomateriaaleja kehittävä AMSilk ja Fraunhofer-instituutti ovat perustaneet yhteisyrityksen, joka tähtää teolliseen seitin valmistukseen. Tekniikka perustuu muuntogeenisiin kolibakteereihin, jotka pystyvät tuottamaan seittiproteiinia bioreak­toreissa. Koekäyttöön seittiä on jo toimitettu, ja massatuotannon toivotaan olevan totta ensi vuoden loppuun mennessä.

Seitissä älyä luonnostaan

Viime keväänä Massachusettsin teknisen yliopiston MIT:n tutkijat osoittivat, että hämähäkin seitti on kuin älymateriaali: se venyy ja jäykistyy olojen mukaan. Pienessä rasituksessa, kuten kevyessä tuulessa, seitti venyy, mutta jos yhteen verkon osaan kohdistuu suurempi voima, se muuttuu jäykäksi ja katkeaa. Tämän ansiosta vain pieni osa verkosta rikkoutuu eikä saalistusväline tuhoudu kokonaan.

Mestariteoksia joka päivä

Verkkomallisto on valtaisa – ja hämähäkki esimerkillinen kierrättäjä.

Verkkojen rakennetta on tutkittu aika vähän, ja ensimmäinen alustava tyypittely ilmestyi alan teoksessa vasta vuonna 2006. Se luettelee yhdeksän verkkotyyppiä, mutta erilaisia muunnelmia on kymmeniä. Joskus verkon muodosta voi päätellä kutojan heimon tai suvun, joskus jopa lajin.

Kolme yleisintä verkkotyyppiä on helppo tunnistaa: ristihämähäkkien, pallohämähäkkien ja riippuhämähäkkien verkot. Riippuhämähäkkejä on Suomessa ylivoimaisesti eniten, yli kolmannes kaikista lajeista. Risti- ja pallohämähäkkejä on vain joitakin kymmeniä lajeja.

Suurimmat hämähäkin verkot ovat pinta-alaltaan neliömetrejä. Vahvimpiin verkkoihin voi päättyä hyönteisten lisäksi myös pikkulintujen ja lepakoiden taival.

Verkot eivät ole pitkäikäisiä, sillä kosteus turmelee melko nopeasti niiden tahmeuden. Monet hämähäkit kutovat uuden verkon joka päivä. Hämähäkki on esimerkillinen kierrättäjä: se voi syödä vanhan verkkonsa. Siitä se saa runsaasti välttämättömiä aminohappoja uuden verkon tuottamiseen.

Ristikoita, rattaita, mattoja

Pallo- eli kirjohämähäkit rakentavat kolmiulotteisen verkon, jossa vilisee seittejä ristiin rastiin. Verkko voi olla yhtä kaaosta niin, ettei ihmissilmä saa langoista mitään selvää. Suomessa näitä luomuksia tekevät muun muassa varpuhämähäkit.

Ristihämähäkit kutovat mallia, jota me pidämme tyyppiverkkona: symmetristä, ratasmaista verkkoa, jonka taso on yleensä pystysuora. Usein hämähäkki odottelee saalista verkon keskiosassa.

Riippuhämähäkit virittävät mattomaisen verkkonsa vaakatasoon. Maton yläpuolella on pystysuoria estelankoja, joihin törmätessään saalis putoaa matolle. Saalistaja itse lymyää maton alla selkä alaspäin.

Miksei hämähäkki takerru verkkoonsa?

Hämähäkin jalkoja suojaavat tarttumista vähentävät karvat ja pintakemikaalit, ja tarrauksen minimoi hämähäkin huolellinen askellustyyli. Asia varmistui äskettäin mikroskooppikuvauksin.

Mustaleski koukutti taiteilijan

Hämähäkinverkkojen hämmästyttävät rakenteet kiehtovat paitsi tutkijoita myös taiteilijoita. Argentiinalaissyntyinen arkkitehti ja taiteilija Tomás Saraceno viehättyi pallohämähäkkeihin kuuluvan mustanlesken verkon sfääreistä siinä määrin, että rakensi itse oman.

Hämähäkkitutkijoiden, astrofyysikoiden, arkkitehtien ja insinöörien avustamana hän loihti teoksen, joka on tarkka kopio aidosta verkosta – koko vain on 17-kertainen.

Elokuussa Helsingin Taidehalliin saapuva seittiteos nielee 8 000 mustaa narunpätkää, jotka on kiinnitetty toisiinsa 23 000 solmun avulla. Koko installaatio täyttää liki 400 kuutiometriä, joten katsojat pääsevät ihmettelemään kudelmaa myös sisäpuolelta.

Saracenon teosta voi vertailla myös aitoihin verkkoihin, joita eri hämähäkkilajit ovat kutoneet Saracenon Frankfurtin-studiossa. Mukana on myös suomalaishämähäkkien tämän kesän luomuksia. Niiden tuottamiseksi Taidehallin väki on saanut apua Luonnontieteellisen museon hämähäkkiasiantuntijoilta.

Saracenoa ei inspiroinut pelkästään hämähäkkien taituruus. Häntä kiinnostaa myös universumi. Aineen ja pimeän aineen järjestymistä maailmankaikkeudessa on mallinnettu niin sanottujen kosmisten verkkojen avulla, jotka yllättäen muistuttavat hyvin paljon hämähäkkien aikaansaannoksia. Yhdysvaltain avaruushallinnon Nasan kesäkoulussakin opiskelleen Saracenon teoksen nimessä 14 Billions eli 14 miljardia viittaa universumin ikään.

Tomás Saraceno: 14 Billions (Working Title) Helsingin Taidehallissa 18.elokuuta–3.lokakuuta. Helsingin juhlaviikkojen ohjelmistoa.

Artikkelin asiantuntijoina museomestari Timo Pajunen ja yli-intendentti Juhani Terhimaa, Luonnontieteellinen museo.

Lisää hämähäkeistä: R. Jocqué & A. S. Dippenaar, Spider Families of the World. 

Laulettu sana kuului puhuttua paremmin ja pidemmälle.

Koulujen lukukausi lähestyy loppuaan. Pian tulevat ne ajat, jolloin taas kerran pähkäillään, sopiiko päättäjäisissä laulaa suvivirttä vai ei.

Aiempien vuosien kädenvääntö on osoittanut, että virttä voivat iloisin mielin ja henkisesti häiriintymättä laulaa muutkin kuin luterilaista uskoa tunnustavat. Yhdessä laulaminen vahvistaa yhteistä tunnekokemusta enemmän kuin juhlapuheen kuuntelu.

Suomen evankelisluterilaisessa kirkossa virrellä tarkoitetaan yleensä kirkolliskokouksen hyväksymää hengellistä yhteislaulua, mutta tämä ei ole virsi-sanan vanhin eikä ainoa merkitys.

Virsi on alkanut vakiintua tietynlaisen kirkkolaulun nimitykseksi vasta luterilaisen reformaation myötä.

Reformaation ohjelmaan kuului seurakunnan ottaminen mukaan jumalanpalveluksiin aktiivisesti virsiä laulamalla. Sitä ennen laulusta olivat huolehtineet papit ja heidän koulutetut avustajansa. Muutoksesta seurasi epäilemättä kirkkomusiikin tason dramaattinen lasku, ainakin väliaikaisesti.

Virsi-sana on esihistoriallisella ajalla saatu balttilainen laina, joka alun perin lienee tarkoittanut sanaa tai puhetta. Suomalaisessa kansankulttuurissa virsi on ollut pitkän kertovan runon nimitys. Kalevalan henkilögalleriaan kuuluu virsikäs eli runsaasti runoja taitava Vipunen, ja hänen muistissaan olevaa runovarastoa nimitetään sanaiseksi arkuksi tai virsilippaaksi.

Pitkiä runomuotoisia kertomuksia on tyypillisesti esitetty laulamalla. Laulettu sana kuuluu paremmin ja kauemmas kuin puhuttu. Sävelmä ja kalevalainen runomitta antavat sisällölle muodon, joka on helpompi muistaa ja toistaa kuin vapaa puhe.

Suvivirrelle antaa erityistä viehätystä sanan alkuosa suvi. Se on ikivanha kesää merkitsevä perintösana, jota on käytetty länsimurteissa, mutta nykyään se tuntuu runolliselta ja ylätyyliseltä, kun se on yleiskielessä jo aikoja sitten korvattu itämurteista poimitulla kesä-sanalla. Virressä vaikutelmaa tehostaa vielä alkusointuinen sanayhdistelmä suvi suloinen.

Muissakin tapauksissa suvi on tehokas tunnelman luoja. Suvisunnuntai on autuaan rauhallinen ja kaunis. Suvituuli on lempeä ja lauha, suvipäivä lämmin ja suviyö romanttinen. Kesän alkaessa suunnitellaan proosallisesti aikatauluja ja lasketaan rahoja, mutta suven kynnyksellä haaveillaan tulevan suven parhaista hetkistä.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2018

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

Tieteessä 6/2018 

PÄÄKIRJOITUS

Eläköön uteliaisuus

Leikkisä mieli ja villit ideat potkivat maailmaa eteenpäin.

 

PÄÄUUTISET

Ystävyys syntyy 200 tunnissa

Läheinen suhde rakentuu yhteisissä riennoissa omalla ajalla.

Lintu suuntii kompassisilmin

Se näkee magneettikentän valoherkän proteiinin ansioista.

Ydin poikii mustia aukkoja

Linnunradan jättimäiselle Sagittarius A:lle löytyi 12 kaveria.

Atlantin merivirta jarruttaa

Hidastuminen varmistui sekä pinnalta että pohjalta.

 

ARTIKKELIT

Seitsemän mahdollista maailmanloppua

Kauhuskenaarioita riittää, mitä sanovat tutkijat.
Uhkaako jokin Maata meidän elinaikanamme?

Keskity! Siihen voi oppia

Ärsyketulva ei pääse häiritsemään tekemisiä,
kun käyttää aivojen toiminnanohjausjärjestelmää.

Kaikkien aikojen kalajuttu

Lohenpoikasten ei tarvitse kasvaa kassissa.

Opioidikriisi alkoi
joka kodin lääkkeestä

1800-luvulla oopiumia käyttivät kaikki.
Se oli halpaa ja hoiti vaivan kuin vaivan.

Antiaine kätkee mysteerin

Kyse on koko universumin olemassaolosta.

Otto Wille Kuusinen
käänsi takkia tarvittaessa

Punaisten ideologi teki itänaapurissa komean uran
pitämällä omana tietonaan, mitä mieltä asioista oli.

 

TIEDE VASTAA

Osaako norsu hypätä?

Missä digitaalinen tieto säilyy pisimpään?

Mihin avaruus laajenee?

Kuka syö Itämeren kalat?

Mikä on Tiede-lehden hiilijalanjälki?

Mistä johtuu raskauspahoinvointi?

 

KIRJAT

Remonttireiskana avaruudessa

Scott Kelly vietti vuoden Kansainvälisellä avaruusasemalla.

 

KUVA-ARVOITUS

Siinähän on ihan selvästi...

Klassikkopalsta kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia
ehden Facebook-sivustolle.

 

OMAT SANAT

Virsi kantoi kauas

Laulettu sana kuului puhuttua paremmin ja pidemmälle.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.