ที่ไหนสักแห่งในรัฐมิชิแกน หนอนไหมกว่า 10,000 ตัวทอเส้นใยที่จะเป็นอนาคตของสุดยอดวัสดุ ในอากาศอบอ้าวของโรงเลี้ยง พวกมันง่วนกับการดึงเส้นใยเหนียวๆ สีขาวออกมาจากต่อมบนใบหน้า แล้วทอเป็นรังไหมขนาดเท่าผลองุ่น ตั้งแต่มนุษย์เริ่มเลี้ยงไหมครั้งแรกในประเทศจีนเมื่อหลายพันปีก่อน เส้นไหมถูกนำมาใช้ทอผืนผ้าเนื้อดีที่สุดในโลกแต่หนอนไหมเหล่านี้ไม่เหมือนกับหนอนไหมนับล้านๆก่อนหน้านี้ พวกมันกำลังทอเส้นใยแมงมุม หรือบางสิ่งที่ใกล้เคียง
เมื่อเทียบกันกิโลกรัมต่อกิโลกรัม เส้นใยแมงมุมซึ่งเย้ายวนนักวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษ ผสมผสานความแข็งแรงและความยืดหยุ่นได้อย่างไม่มีสิ่งใดเสมอเหมือนทั้งในธรรมชาติหรือที่มนุษย์สร้างขึ้น ความที่แข็งแรงกว่าเหล็กกล้าถึงห้าเท่าเมื่อเทียบน้ำหนักต่อน้ำหนัก แต่เป็นสารอินทรีย์อย่างสมบูรณ์
ฟีโอเรนโซ โอเมเนตโต ผู้อำนวยการซิลก์แล็บ (Silklab) ที่มหาวิทยาลัยทัฟตส์ในแมสซาชูเซตส์ กล่าวว่า มันคือ “วัสดุของซูเปอร์ฮีโร่” มีความสุดยอดในระดับเดียวกับแกรฟีนและเคฟลาร์ ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ของมนุษย์ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพพิเศษไม่แพ้กัน แต่สองอย่างหลังต้องใช้สารเคมีสังเคราะห์ในการผลิต เส้นใยแมงมุมอาจทำสิ่งต่างๆ ได้แบบเดียวกับแกรฟีนและเคฟลาร์ ไม่แน่ว่าอาจดีกว่าและเป็นสารอินทรีย์ด้วย หากเราสามารถผลิตเส้นใยแมงมุมได้ในปริมาณมาก ก็อาจทำให้ทุกสิ่งเป็นไปได้ ตั้งแต่เสื้อเกราะกันกระสุนที่ดีขึ้น ไปจนถึงเครื่องบินเจ็ตน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ และวิธีการให้วัคซีนรุ่นใหม่ แต่แมงมุมจะกินกันเอง เมื่อถูกบังคับให้อยู่รวมกัน ทำให้การนำมาเลี้ยงเป็นเรื่องยากและการขยายกำลังการผลิตก็ทำไม่ได้ง่ายๆ
ทว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทุกสิ่งทุกอย่างเปลี่ยนไป หนอนไหมที่ทอใยแมงมุมเหล่านั้น ซึ่งทั้งหมดได้รับการดัดแปรพันธุกรรม อาศัยอยู่ที่ศูนย์วิจัยของบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพเครกไบโอคราฟต์แลบอราทอรีส์ (Kraig Biocraft Laboratories) ในเมืองแลนซิง รัฐมิชิแกน เครกเป็นเพียงหนึ่งในหลายบริษัททั่วโลกที่ก้าวหน้าในการผลิตเส้นใยแมงมุม หรือสิ่งที่ใกล้เคียงกันมาก เส้นใยจากหนอนไหมเหล่านั้นยังไม่อาจทัดเทียมคุณสมบัติทางกายภาพระดับซูเปอร์ฮีโร่ของเส้นใยแมงมุมได้ก็จริง แต่มียีนของแมงมุมผสมอยู่มากพอที่จะทำให้เส้นใยไหมมีคุณสมบัติพิเศษ บริษัทอื่นใช้แนวทางแตกต่างออกไป โดยพึ่งพาหนอนที่กินใบหม่อนน้อยกว่า “เป้าหมายคือการเลียนแบบ จนในที่สุดจะเหนือกว่าประสิทธิภาพของเส้นใยแมงมุมตามธรรมชาติ จากนั้นจึงผลักดันไปสู่การใช้งานจริงครับ” หูเหวินปอ ผู้เชี่ยวชาญด้านเส้นใยแมงมุม จากมหาวิทยาลัยเซาท์เวสต์ ทางตอนกลางของจีน กล่าวและเสริมว่า “เรากำลังเข้าใกล้เป้าหมายอย่างเหลือเชื่อแล้วครับ”
เป็นครั้งแรกที่สุดยอดวัสดุอันเป็นกระแสฮือฮามายาวนานที่เรียกว่า “ซูเปอร์ซิลก์” (supersilk) ดูเหมือนจะเป็นจริงขึ้นมา แต่บริษัทสตาร์ตอัปและนักพันธุวิศวกรรมที่ใช้เวลาหลายปี (และเงินหลายล้านดอลลาร์สหรัฐ) ไปกับการค้นหาจอกศักดิ์สิทธิ์หรือสิ่งที่ทุกคนใฝ่ฝันมานานนี้ ต้องเผชิญกับคำถามหนึ่ง นั่นคือ เมื่อคุณสร้างสุดยอดวัสดุได้แล้ว จะทำอย่างไรกับมันต่อไป ปรากฏว่าคำตอบนั้นไม่ได้โจ่งแจ้งอย่างที่พวกเขาคิด
ไม่ว่าจะพิจารณาจากแง่มุมใด เส้นใยแมงมุมถือเป็นโครงสร้างมหัศจรรย์ที่สุดอย่างหนึ่งในโลกธรรมชาติ เป็นที่ทราบ กันว่าแมงมุมใยกลมขนาดใหญ่สร้างใยที่ดักจับนกและค้างคาวได้ และในทางทฤษฎี ใยแมงมุมขนาดมหึมาที่มีเส้นใยหนาเท่าดินสอ อาจถึงกับหยุดเครื่องบินโบอิง 747 กลางอากาศได้เลยทีเดียว
ความสามารถที่ดูเหมือนอัศจรรย์ของใยแมงมุมนั้นมาจากสองปัจจัยเด่นๆ ได้แก่ โปรตีนพิเศษที่เรียกว่า สไปโดรอิน (spidroin) และวิธีการที่สไปโดรอินเหล่านั้นถักทอเป็นเส้นใยที่ซับซ้อน สไปโดรอินประกอบด้วยกรดอะมิโนหลายพันตัวต่อกันเป็นสายยาว ผสมผสานประจุไฟฟ้าทั้งบวกและลบ รวมถึงส่วนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ ส่งผลให้พวกมันยืดได้เหมือนหีบเพลงชักขณะที่พันกันแน่น จากนั้น แมงมุมจะรวมโปรตีนเหล่านั้นเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างเส้นใยที่ยึดติดกันแน่นจนแทบไม่มีสิ่งใดทำลายมันได้
ศักยภาพของใยแมงมุมเป็นที่ประจักษ์มานานหลายศตวรรษแล้ว ชาวกรีกและชาวโรมันโบราณใช้ใยแมงมุมเป็น ยาพอกแผล ขณะที่ชาวหมู่เกาะโซโลมอนใช้ใยแมงมุมเป็นเหยื่อล่อปลา แต่ความพยายามครั้งแรกในการนำวัสดุนี้มาใช้ในเชิงพาณิชย์เริ่มขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า เมื่อมิชชันนารีคณะเยสุอิตที่ประจำอยู่ในมาดากัสการ์สังเกตเห็นแมงมุมใยทองบนเกาะและใยปริมาณมากที่พวกมันสร้างขึ้น
ด้วยความช่วยเหลือจากเด็กๆในท้องถิ่น เหล่ามิชชันนารีคิดค้นระบบเพื่อตรึงแมงมุมไว้และล่อให้แมงมุมแต่ละตัวสร้างใยยาวประมาณ 450 เมตร ความพยายามทั้งหมดนั้นได้ผลลัพธ์เป็นผ้าคล้ายมุ้งคลุมเตียงสีเหลืองทองงามอร่ามซึ่งสร้างความฮือฮาในงานปารีสเอ็กซ์โปเมื่อปี 1900 แต่ไม่มีอะไรมากไปกว่านั้น กระบวนการนี้ใช้แรงงานมากเกินไป และแมงมุมก็มีนิสัยเลวร้ายตรงที่คือชอบกินกันเอง
ในทศวรรษ 1930 บริษัทดูปองท์อาศัยแรงบันดาลใจจากโครงสร้างของไหมมาพัฒนาไนลอนซึ่งเป็นเส้นใยสังเคราะห์ชนิดแรกที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ เส้นใยเคฟลาร์ซึ่งคิดค้นขึ้นในปี 1966 มีโครงสร้างตาข่ายพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงทำให้มันแทบจะฉีกขาดไม่ได้ ส่วนแกรฟีน ซึ่งเป็นแผ่นคาร์บอนรูปรังผึ้งหนาเพียงหนึ่งอะตอม ทำให้มันเป็นวัสดุแข็งแกร่งที่สุดในโลก เกิดขึ้นในปี 2003
ถึงแม้เส้นใยสังเคราะห์เหล่านี้จะปฏิวัติอุตสาหกรรมหลากหลาย ตั้งแต่เสื้อผ้าและเครื่องครัวไปจนถึงการบินและอวกาศ ตลอดจนอิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ไม่ย่อยสลาย อีกทั้งกระบวนการผลิตก็เป็นอันตราย และในบางกรณีอาจสร้างภาระต่อโลกและร่างกายของเราด้วยสารประกอบที่เป็นพิษและไมโครพลาสติก ด้วยเหตุนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงใฝ่ฝันมานานแล้วที่จะผลิตวัสดุที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงจากโปรตีนอินทรีย์ เส้นใยแมงมุมเป็นที่จับตาเสมอมาว่าเป็นต้นแบบที่ดีที่สุดของธรรมชาติ แต่เนื่องจากนิสัยเจ้าอารมณ์และมีความเป็นส่วนตัวสูงของแมงมุม พวกมันจึงมักถูกตัดออกจากกระบวนการนี้
แรนดี ลูอิส นักชีววิทยาโมเลกุล ซึ่งขณะนั้นอยู่ที่มหาวิทยาลัยไวโอมิง เผยว่า ความพยายามในการสร้างโปรตีนจากเส้นใยแมงมุมโดยไม่ต้องใช้แมงมุมเริ่มขึ้นอย่างจริงจังในช่วงทศวรรษ 1990 ตอนแรกเขาและทีมมอง อี. โคไล ว่าเป็นสัตว์เจ้าบ้านที่มีศักยภาพ กระบวนการคิดของพวกเขาคือ หากสามารถดัดแปรแบคทีเรียให้ผลิตสไปโดรอินเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเมแทบอลิซึมตามปกติได้ ก็จะเพาะเลี้ยงพวกมันในถังหมักได้ เหมือนการผลิตเบียร์ จากนั้นแยกสไปโดรอินออกจากส่วนผสมนั้น นำไปทอเป็นเส้นใย และนี่ไง เส้นใยแมงมุม
วิธีนี้ล้มเหลว แบคทีเรียมีขนาดเล็กมากจนผลิตโปรตีนที่เมื่อเทียบกับขนาดตัวแล้วถือว่าใหญ่มากได้ยาก และถึงจะผลิตได้ก็เลียนแบบกระบวนการทางกายภาพอันซับซ้อนในการทอเส้นใยของแมงมุมไม่ได้ ลูอิสหันไปใช้แพะเป็นแหล่งผลิต สไปโดรอินผ่านทางน้ำนม จากนั้นก็ลองใช้พืชอัลฟัลฟาและหนอนไหม แต่ไม่ได้ผลสักอย่าง เครื่องมือตัดต่อยีนในสมัยนั้น ใช้งานยาก และทั้งลูอิสกับนักวิจัยคนอื่นๆที่กำลังศึกษาการดัดแปรพันธุกรรมเพื่อสร้างเส้นใยแมงมุมก็ไม่สามารถสร้างสัตว์เจ้าบ้านที่ผลิตโปรตีนได้มากพอ
จากนั้นเทคโนโลยีก็เข้ามาช่วย คริสเปอร์-แคส9 (CRISPR-Cas9) ได้รับการคิดค้นขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 2010 ด้วยความสามารถในการเขียนยีนใหม่ในสิ่งมีชีวิตได้ตามต้องการ การหาสัตว์เจ้าบ้านให้ผลิตเส้นใยแมงมุมจึงง่ายขึ้น เทคโนโลยีใหม่นี้ “ช่วยปรับปรุงระดับการแสดงออกของโปรตีนเส้นใยแมงมุมได้อย่างมีนัยสำคัญครับ” ก้งเฉิงเหลียง ผู้เชี่ยวชาญด้านหนอนไหมดัดแปรพันธุกรรมจากมหาวิทยาลัยซูโจว กล่าว เมื่อปี 2023 นักวิจัยชาวจีนสามารถกระตุ้นหนอนไหมดัดแปรพันธุกรรมให้ผลิตเส้นใยแมงมุมที่มีความยาวเต็มเส้นได้เป็นครั้งแรก วัสดุนี้มีความเหนียว ซึ่งเป็นค่าที่วัดความสามารถในการผิดรูปโดยไม่แตกหักของวัสดุ มากกว่าเคฟลาร์ถึงหกเท่า
สำหรับเครกไบโอคราฟต์แลบอราทอรีส์ ความก้าวหน้าใหม่ๆในการตัดต่อพันธุกรรมทำให้สามารถดัดแปรหนอนให้มีสารสไปโดรอินในปริมาณพอเหมาะเพื่อสร้างเส้นใยที่คล้ายเส้นใยแมงมุมโดยไม่ลดผลิตภาพของหนอน คิม ทอมป์สัน ผู้ก่อตั้งและซีอีโอของเครก กล่าวว่า เส้นใยไหมรุ่นล่าสุดของบริษัทเป็นความก้าวหน้าสำคัญ “วัสดุนี้อาจหยุดเครื่องบินโบอิง 747 ไม่ได้” เขาบอก “แต่มันดีกว่าไหมทั่วไป มันแข็งแรงและยืดหยุ่นกว่าครับ” มันอาจไม่เหมือนเส้นใยแมงมุมเสียทีเดียว แต่ก็เป็นซูเปอร์ซิลก์ และที่สำคัญที่สุดคือ สามารถขยายกำลังการผลิตได้
ในพื้นที่ปลูกไหมของประเทศเวียดนามที่มีใบหม่อนให้หนอนไหมกินอย่างเหลือเฟือ และมีคนงานผู้ชำนาญมากมายคอยเลี้ยงพวกมัน เครกจัดตั้งฟาร์มเชิงพาณิชย์ขึ้น ซึ่งหนอนไหมตัวเล็กๆ เหล่านี้กำลังทอซูเปอร์ซิลก์ทุกวัน (หนอนไหมจำนวนมากของบริษัทจะเรืองแสงสีเขียวภายใต้แสงอัลตราไวโอเลตและฟิลเตอร์จากการใส่ยีนแมงกะพรุนเข้าไป อันเป็นวิธีหนึ่งในการระบุหนอนไหมที่ได้รับการดัดแปรพันธุกรรม) ในปี 2026 ตัวอย่างผ้าจำนวนมากจะถูกส่งไปยังแบรนด์เสื้อผ้าชั้นนำเพื่อทดสอบ “ตลอดหลายปีที่ผ่านมานี้” เขากล่าว “ในที่สุดเราก็จะส่งผ้าออกไปได้แล้วครับ”
เครกหวังว่าแบรนด์แฟชั่นหรูจะให้ความสนใจผ้าไหมซูเปอร์ซิลก์ที่แข็งแรงกว่าผ้าไหมทั่วไปของบริษัทเพราะอุตสาหกรรมเสื้อผ้าเป็นเส้นทางตรงที่สุดที่จะผลักดันรายได้เชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกในรอบ 20 ปีของบริษัท ขณะเดียวกัน บริษัทยังคงพยายามสร้างหนอนไหมที่สามารถทอเส้นใยแมงมุมบริสุทธิ์ในปริมาณมาก พร้อมไปกับที่บริษัทผลิตซูเปอร์ซิลก์คู่แข่งทั่วโลกของเครกสำรวจความเป็นไปได้ในการนำวัสดุนี้ไปใช้งานด้านอื่นๆ
เรื่อง โรแวน เจคอบเซน
ภาพถ่าย จัสติน จิน
แปล ปณต ไกรโรจนานันท์