Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μαθαίνουν ενδιαφέροντα νέα πράγματα για τη γλοιώδη άγρια ​​ψάρια

Μεγέθυνση / Ένα πρόσφατα ανακαλυφθέν είδος: ο γκαλάπαγκος φάντασμα άγριος (Myxine phantasma).

Τιμ Γουίνεργκαρντ

Γνωρίστε την ταπεινή αγριόψαρα, ένα άσχημο, γκρίζο πλάσμα που μοιάζει με χέλι, γνωστό ως «snot snake“Λόγω του μοναδικού αμυντικού του μηχανισμού. Το Hagfish μπορεί να απελευθερώσει ένα ολόκληρο λίτρο κολλώδους λάσπης από τους πόρους σε όλο το σώμα του σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Αυτό αρκεί, για παράδειγμα, να φράξει τα βράγχια ενός καρχαρία. αρπακτικό, ασφυκτιά τον υποτιθέμενο αρπακτικό. Ένα νέο χαρτί που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Current Biology αναφέρει ότι η λάσπη που παράγεται από το μεγάλο ψάρι περιέχει πολύ μεγαλύτερα κύτταρα από αυτά που παράγονται από μικρότερα ψάρια – ένα ασυνήθιστο παράδειγμα κλιμάκωσης μεγέθους κυττάρων με μέγεθος σώματος στη φύση.

όπως έχουμε αναφέρθηκε προηγουμένως, έχουν γίνει επιστήμονες μελέτη λάσπη αγριοψαράς εδώ και χρόνια επειδή είναι τόσο ασυνήθιστο υλικό. Δεν είναι σαν τη βλέννα, η οποία στεγνώνει και σκληραίνει με την πάροδο του χρόνου. Η λάσπη Hagfish παραμένει παχύρρευστη, δίνοντάς της τη συνοχή της ημι-στερεοποιημένης ζελατίνης. Αυτό οφείλεται στις μακριές, νηματοειδείς ίνες που υπάρχουν στη λάσπη, εκτός από τις πρωτεΐνες και τα σάκχαρα που αποτελούν τη βλεννίνη, το άλλο κύριο συστατικό. Αυτές οι ίνες καταλήγουν σε «κουβάρια» που μοιάζουν με μπαλάκια από μαλλί. Όταν το ψάρι χαλαρώνει με μια λάσπη, τα μπερδέματα ξετυλίγονται και συνδυάζονται με το αλμυρό νερό, εκρήγνυται πάνω από 10.000 φορές το αρχικό του μέγεθος.

Από υλική σκοπιά, η λάσπη του ψαριού είναι συναρπαστική. Το 2016, μια ομάδα Ελβετών ερευνητών μελέτησε τις ασυνήθιστες ιδιότητες των υγρών λάσπη αγριοψαράς, εστιάζοντας συγκεκριμένα στο πώς αυτές οι ιδιότητες παρείχαν δύο ξεχωριστά οφέλη: βοηθώντας το ζώο να αμυνθεί από τα αρπακτικά και να δέσει κόμπους για να ξεφύγει από τη λάσπη του. Διαπίστωσαν ότι διαφορετικοί τύποι ροής ρευστού επηρεάζουν το συνολικό ιξώδες του πολτού. Ένα ρέον υγρό είναι ουσιαστικά μια σειρά στρωμάτων που γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο. Όσο γρηγορότερα το ένα στρώμα ολισθαίνει πάνω στο άλλο, τόσο μεγαλύτερη αντίσταση υπάρχει και όσο πιο αργή είναι η ολίσθηση, τόσο λιγότερη αντίσταση υπάρχει. Οπως εγώ γραμμένο για το Gizmodo τότε:

Ο πολτός Hagfish είναι ένα παράδειγμα μη-νευτώνιου ρευστού, στο οποίο το ιξώδες αλλάζει ως απόκριση στην εφαρμοζόμενη τάση ή διατμητική δύναμη. … Η εφαρμογή δύναμης ή διάτμησης θα αυξήσει το ιξώδες- στην περίπτωση της κέτσαπ, της πουτίγκας, της σάλτσας ή του κλασικού μείγματος νερού και αμύλου καλαμποκιού που ονομάζεται “oobleck” “- ή θα μειωθεί, όπως ένα χρώμα που δεν στάζει εύκολα αλλά γίνεται πιο παχύρρευστο μόλις στον τοίχο.

Hagfish slime μπορεί να είναι και τα δύο. Αποδεικνύεται ότι η σίτιση με αναρρόφηση που χρησιμοποιείται από πολλούς αρπακτικούς ψαριών δημιουργεί μονόδρομη ροή. Η παρατεταμένη τάση αυτής της ροής αναρρόφησης αυξάνει το ιξώδες της κόλλας για να πνίξει καλύτερα τα εν λόγω αρπακτικά ζώα εμποδίζοντας τα βράγχια. Αλλά όταν ο ψαροκόκκος προσπαθεί να ξεφύγει από τη λάσπη του, η κίνησή του δημιουργεί μια ροή διάτμησης που στην πραγματικότητα μειώνει το ιξώδες της λάσπης, καθιστώντας ευκολότερη τη διαφυγή. Πράγματι, το ιξώδες δίκτυο καταρρέει γρήγορα μπροστά σε μια ροή φωτισμού.

Οι επιστήμονες εξακολουθούν να μαθαίνουν τον ακριβή μηχανισμό με τον οποίο το ψάρι παράγει τη γλοιώδη ουσία. Προηγούμενες εργασίες έδειξαν ότι το θαλασσινό νερό είναι απαραίτητο για τον σχηματισμό ιλύος και τα κουκούτσια του ψαριού μπορούν να καταρρεύσουν αυθόρμητα αν τα ιόντα στο θαλασσινό νερό ανακατέψουν τις κόλλες που συγκρατούν τα ινώδη νήματα μεταξύ τους. Αλλά και οι προθεσμίες έχουν σημασία. Μια μελέτη του 2014, για παράδειγμα, έδειξε ότι κάθε αυθόρμητο ξεμπλέξιμο των μπερδεμάτων θα διαρκούσε αρκετά λεπτά, αλλά ο ψαροκάγαλος αναπτύσσει τη λάσπη του σε περίπου 0,4 δευτερόλεπτα.

READ  Οδηγός περίεργου παρατηρητή για την Κβαντομηχανική, pt. 2: Το χωνευτήριο σωματιδίων

ΕΝΑ χαρτί 2019 στο Journal of the Royal Society Interface πρότεινε ότι η ταραγμένη ροή του νερού (συγκεκριμένα, η έλξη που προκαλεί αυτή η αναταραχή) είναι ένας κρίσιμος παράγοντας. Η κίνηση του περιβάλλοντος νερού κατά τη διάρκεια των επιθέσεων ενός αρπακτικού βοηθά να πυροδοτήσει το ξεδίπλωμα. Τα κουφάρια έχουν ελεύθερο τέλος. τραβώντας το προκαλεί ξεφτίλα. Αλλά το ίχνος του ρέοντος νερού καθώς το αρπακτικό παλεύει κάνει αυτή τη διαδικασία ακόμη πιο γρήγορη.

Αυτό το νέο άρθρο συνοψίζει τα ευρήματα της τελευταίας έρευνας από τον Douglas Fudge, έναν θαλάσσιο βιολόγο από το Πανεπιστήμιο Chapman που ήταν μελετήστε το ψάρι και τις ιδιότητες της λάσπης της εδώ και χρόνια. Για παράδειγμα, το 2012, όταν ήταν στο Πανεπιστήμιο του Guelph, στο εργαστήριο του Fudge[[” embedded=”” url=”” link=””>successfully harvested hagfish slime, dissolved it in liquid, and then “spun” it into a strong-yet-stretchy thread, much like spinning silk. It’s possible such threads could replace the petroleum-based fibers currently used in safety helmets or Kevlar vests, among other potential applications.

For this latest paper, Fudge et al. took samples from 19 different species of hagfish (both large and small), took microscopic images, and carefully measured the size and shape of the thread cells in those images. The resulting database incorporated measurements from more than 11,700 cells harvested from 87 hagfish (the latter measuring between 10 and 80 cm in length).

Hagfish gland thread cells vary by 50-fold in volume as body length varies between 10 and 128 cm.
Enlarge / Hagfish gland thread cells vary by 50-fold in volume as body length varies between 10 and 128 cm.

Yu Zeng et al., 2021

They found that those thread cells were extremely large in comparison with similar cells in vertebrates—larger than the abdominal fat cells in elephants, in fact. Even more intriguing, the size of those cells turns out to be heavily dependent on the body size of the hagfish. There are other examples in nature of this kind of scaling.

READ  Ακραίος εξωπλανήτης ακόμη πιο εξωτικός από ό, τι πιστεύαμε αρχικά

For instance, geckos and other creatures that use adhesive pads for climbing show a scaling exponent of about 0.35 with regard to the size of their pads compared to body mass. And certain species of spider produce dragline silk whose diameter scales with body mass with an exponent of between 0.37 and 0.39. But the scaling exponent Fudge et al. found in their hagfish thread cells was 0.55, significantly larger than any other known scaling exponent in vertebrates.

“Our work showed the largest known scaling exponent in animal cells,” said co-author Yu Zeng. “We analyzed the size of hagfish gland thread cells—which make silk-like threads that reinforce hagfish slime—and found that they increase with body size. This means, on the evolution tree of hagfishes, the large species all make large thread cells, despite the fact that they are distantly related.”

The authors hypothesize that the unusual feature might be the result of evolutionary selection related to the mechanical properties of the thread cells. “Very little is known about hagfish behavioral ecology, especially how it changes with body size,” said Yu. “Our study suggests that body size-dependent interactions with predators have driven profound changes in the defensive slime of hagfishes, and these changes can be seen at the cellular and sub-cellular level.”

The team’s models showed that the threads become thicker and longer in the larger cells of larger hagfish, which can produce threads some 4 micrometers thick and 20 centimeters long. This is the largest known intracellular fiber in animals, comparable in size to keratin fibers and spider silks. And like those examples, the threads in hagfish slime rely on coordination among numerous cells. At some point in their growth cycle, the intracellular protein fibers in hagfish slime “undergo a phase transition,” per the authors, “where individual [fibers] συμπυκνώνονται με τους γείτονές τους σε μια πολύ μεγαλύτερη ενδοκυτταρική ίνα υπερκατασκευή. “

READ  Planet Nine: το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble βρίσκει στοιχεία για έναν μυστηριώδη πλανήτη

Τι θα μπορούσε λοιπόν αυτό το χαρακτηριστικό κλιμάκωσης (και τα μεγαλύτερα νήματα που προκύπτουν) να προσφέρει ένα κλιμακούμενο πλεονέκτημα; “Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους τα μεγαλύτερα νήματα μπορούν να είναι χρήσιμα για μεγαλύτερα ψάρια.” είπε ο Φατζ. «Τα παχύτερα νήματα μπορούν να αντέξουν περισσότερη δύναμη πριν σπάσουν και να κάνουν τη λάσπη πιο δυνατή και καλύτερη ικανότητα να παραμείνει στα βράγχια ενός μεγάλου και ισχυρού αρπακτικού ψαριού. Τα μακρύτερα σύρματα έχουν παρόμοιο πλεονέκτημα στο ότι μπορούν να επεκτείνουν μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ των τόξων των βράχων των μεγάλων αρπακτικών. Τα μακρύτερα σύρματα είναι επίσης πιο πιθανό να παράγουν μεγαλύτερους όγκους λάσπης, γεγονός που βελτιώνει τη χρήση του ως αποτρεπτικό μέτρο κατά των μεγάλων αρπακτικών.

Οι μελλοντικές μελέτες θα επικεντρωθούν στη μελέτη του τρόπου με τον οποίο κάθε νήμα τυλίγει μια τόσο περίπλοκη δομή σε ένα μικροσκοπικό κελί, σύμφωνα με τον YuΤο

DOI: τρέχουσα βιολογία, 2021. 10.1016 / j.cub.2021.08.066 (Σχετικά με τα DOI).

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *