ספיידרמן מוזיקלי

תיאוריה מדעית נחשבת לטובה יותר ככל שהיא פשוטה ומסבירה מקרים רבים יותר. מדענים נוטים להתרגש כשהם מבחינים בתיאוריה שמקשרת בין שני מצבים שעד כה לא נמצא ביניהם קשר, אולי בגלל המחשבה שיום אחד עשויה להימצא התיאוריה שמסבירה את העולם כולו והופכת אותו לנהיר באמת.

לכן, אפשר להבין את ההתרגשות ממחקר חדש שמחבר בין שני תחומים שעד כה לא היה ביניהם שום קשר - המבנה של קורי עכביש ומוזיקה.

קורי עכביש נחשבים לאחד מהחומרים החזקים בטבע. פרופ' מרכוס ביולר שחוקר את הנושא שנים רבות, הראה בעבר כי חלק מן החוזק הזה נובע מהמבנה ההיררכי המדויק של החלבונים שמרכיבים את הקורים. אבל, האם ניתן להפוך את קורי העכביש לחזקים עוד יותר אם משפרים את המבנה?

את השאלה הזאת חקר ביולר יחד עם פרופ' דיוויד קלן מאוניברסיטת טאפטס ופרופ' ג'וייס וונג מאוניברסיטת בוסטון. השלושה גייסו צוות של מהנדסים, מתמטיקאים ומהנדסים ביו-רפואיים כדי שיגבשו יחדיו את מה שנראה כמבנה החזק ביותר לקורים. תחילה היה צריך לתת את הצורה האולטימטיבית לחלבונים שמרכיבים את הקור ואז לבחון כיצד נוצר הקשר החזק ביותר בין חלבונים.

קורי עכביש, ללא עכביש

הקבוצה בראשות ביולר ניגשה למשימה על ידי יצירת מודלים מתמטיים של הקורים הקיימים. החוקרים ביצעו במחשב שינוי קל במבנה החלבונים, וכדי לראות אם בחיים האמיתיים, כמו במחשב, המבנה הזה יהיה חזק יותר, קפלן ביצע הנדסה גנטית בתאים שמפיקים את הקורים ואז וונג ייצרה מכשיר שמפיק מן התאים הללו קורי עכביש, ללא עכביש. במקביל, קבוצות מחקר אחרות השתמשו בניחושים ובניסוי וטעייה כדי להתמודד עם שאלת הקור המשופר.

אחד המודלים אכן ייצר חלבון חזק מאוד, אך החלבונים לא חברו זה לזה ליצירת קור חזק. המודל השני, לעומת זאת, הפיק חלבונים חלשים יותר, אבל אלה חברו יחדיו היטב.

בעזרתם של מתמטיקאי ומלחין, תרגמו החוקרים את המבנה המתמטי של החלבון למוזיקה. כך, הרמות השונות של מבנה הקור תורגמו על ידי הקבוצה למבנים ההיררכיים של מוזיקה - תווים, גווני צליל וקצב. כשהחלבון היה חזק אך יצר קור חלש, המוזיקה נחוותה כאגרסיבית ולא נעימה. לעומת זאת, המוזיקה של הקור החזק יותר, השימושי יותר, הייתה רכה ונעימה. "אנחנו מעריכים שנוכל כעת לנבא את התנהגות הקור על בסיס המוזיקה", אומר ביולר. "זו תהיה גישה חדשנית ורדיקלית לתכנון חומרים".

כלומר, המוזיקה מייצגת מבנים מתמטיים שהם מורכבים מדי כדי שאדם או מכונה יוכלו לנתח אותם ולומר מהו מבנה חזק או חלש, אך כשמתרגמים זאת למוזיקה, המוח האנושי יכול לאגד את המידע ולומר מהו מבנה "נכון" או איזה מבנה מוצלח פחות.

"כך נוכל לתכנן חומרים הרבה יותר מהר", מאמין ביולר. בהמשך הוא מעריך שהמוזיקה תלמד אותנו כיצד לייצר גם חומרים מורכבים עוד יותר, למשל, כלי דם או רקמת עור. "ייתכן שיש מבנה מתמטי אחד שעומד בבסיס כל הדברים הללו", הוא מסכם.