K čemu slouží chlupy a vlasy u savců? Lidské jsou odolné jako ocel, kočky je používají místo pláštěnky
Lidský vlas je mimořádně pevný a odolný. Vědce ze dvou kalifornských univerzit, v San Diegu a v Berkeley, zajímalo, jak dopadnou při materiálových zkouškách pevnosti chlupy jiných savců. Zjistili, že čím tlustší chlup, tím spíš se zlomí.
Sloní chlup je čtyřikrát tlustší než lidský vlas, ale odolnost má poloviční. Tenčí a tedy odolnější chlupy mají například koně a medvědi. Článek o tom vyšel v odborném časopise Matter, který se zabývá materiálovou vědou. Odolnost vlasu autoři studie přirovnávají k vlastnostem ocelového drátku.
Do srovnávacích pokusů zařadili slona, žirafu, medvěda, koně, divoké prase, pekari a další jihoamerický druh savce - kapybary, největší hlodavce na světě a příbuzné u nás známějších nutrií.
Když vyrobíme tenký ocelový drátek o stejné tloušťce jako lidský vlas, jejich vlastnosti jsou podobné. V obou případech jde o takzvané kompozitní (složené) materiály, jejichž unikátní technologické vlastnosti vzniknou kombinací různých typů vláken.
„Představte si to jako tlusté lano spletené z mnoha copů a vláken,“ uvádí buněčný biolog a imunolog Jan Černý. Pevnost lidského vlasu je přitom založena na odstupňované struktuře vláknitého proteinového materiálu - cytokeratinu.
Vlas stabilizují i další molekuly, které autoři studie nazývají amorfní proteinovou hmotou. Při mikroskopickém pohledu na vlas je patrné, že je pokryt šupinkami, keranocyty, což jsou odumřelé buňky, podobné těm, co máme na povrchu pokožky.
Genetický program vlasů
Odolností se lidskému vlasu v materiálové studii přiblížily jen chlupy koní a medvědů. Zoolog Pavel Stopka upozorňuje, že jde také o evoluční otázku, různé chlupy nebo vlasy savců mají totiž vlastní genetický program.
„U některých linií jsme se chlupů zbavili, to se týká třeba lidí nebo velryb. Když se podíváme na ježka, tak bodlina je také modifikovaný vlas,“ říká zoolog. My lidé (a také velryby) máme, na rozdíl od chlupatějších savců, vypnuté některé dráhy zodpovědné za uspořádání keratinu.
Z uvedené studie dále plyne, že lidský vlas se láme jinak, než se bortí například chlupy prasat a žiraf. Vlas se láme na nepředvídatelných místech, jako když do stromu uhodí blesk. Chlupy jiných zvířat se lámaly v půli: „I hubené nitě se nejdřív natahují a pak to rupne, zatímco ty tlusté prasknou na místě, “ ilustruje Pavel Stopka.
Kočičí pláštěnka
Různé typy chlupů a vlasů u zvířat můžou mít různou funkci. „Vlas vydrží třeba česání, přitom na to nebyl evolučně připraven,“ doplňuje Jan Černý.
U ledního medvěda najdeme dlouhý bílý chlup, který uvnitř nemá dřeň a je dutý. Takový materiál má přitom mnohem lepší termoizolační vlastnosti, než lidský vlas. Kočku pro změnu evoluce vybavila něčím, co bychom mohli přirovnat k pláštěnce.
„Když na kočku padá déšť, tolik jí to nevadí, protože se voda nedostane do podsady,“ líčí Pavel Stopka. Jak dodává, v podsadě má kočka jemné a husté chloupky a zvenčí ji chrání pesíky, které odpuzují vodu.
Dlouhé pesíky u savců také mnohdy fungují jako první mechanická obrana. „Třeba lvi mají obrovskou hřívu, protože při bojích je chrání proti drápům soupeře, “ uvádí příklad zoolog.
Návrat k vlasatosti
Podsada u savců většinou funguje jako finální termoregulace, ale může mít i další funkce. „Když máte na centimetr čtvereční 100-200 tisíc jemných chloupků, tak to brání parazitům, aby se dostali až ke kůži a sáli krev,“ vysvětluje Stopka.
Nové pěstování vlasů by pomohlo plešatým i nemocným. Vědci používají také 3D tiskárnu
Číst článek
Výhodou slonů podle vědců je, že mají silnou kůži. Ochranu proti parazitům proto nepotřebují, ale zároveň si nemůžou dovolit podsadu, protože by se přehřívali. „Podsadu v evoluci úplně ztratili a zůstaly jim jen dlouhé pesíky,“ doplňuje Stopka.
Získat zpět vlasy, či chlupy, přitom podle vědců není v evoluci až tak složité. „Je překvapivé, jak velice snadno se můžeme vrátit k celotělové vlasatosti nebo chlupatosti. Stačí změnit jeden jediný gen a může dojít k tzv. hypertrichóze,“ upozorňuje Černý.
Dětský vlas
„Jestli v něčem člověk jako Homo sapiens je skutečně nejlepší, je to v pevnosti vlasu malého dítěte,“ dodává. V tabulkách autorů studie měly vlasy malých dětí nejlepší hodnoty z vlasů a chlupů všech zkoumaných savců. Vyrobit něco jako dětský vlas je podle Černého snem mnoha technologů.
Stopka jejich snahy ilustruje na příkladu lanového mostu ve východní Asii, v jehož obalu se spojila ocelová vlákna s dření uvnitř. „Podobně jako u vlasů jsou lana spirálovitě natočená, takže za různých teplot má most různé roztažné vlastnosti.“
Výhodou naší doby je, že v biomateriálovém inženýrství můžeme kombinovat různé typy proteinů od různých živočišných druhů. „Lze použít vlákna pavučiny a zkombinovat je s vlákny lidského keratinu,“ říká Stopka.
Technologická budoucnost spočívá v tom, že vytvoříme tenký a přitom odolný kov, v němž zkombinuje vlastnosti různých bílkovin: „Výhodou těchto materiálů je, že jsou biodegradovatelné,“ upozorňuje zoolog.
Jiným příkladem odolného materiálu v přírodě je lidský zub. Chemicky se zdá být jeho složení jednoduché, uvnitř ale fungují složitější nanostruktury – bílkovinné krystaly, které vidíme až pod mikroskopem. Kouzlo pevnosti zubu spočívá podle Černého v tom, že chemie se podřídí nanomateriálovému inženýrství živé přírody.
