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. 

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25798
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.