Para ilmuwan masih mempelajari hal-hal baru yang keren tentang lendir lengket hagfish

Temui hagfish yang rendah hati, makhluk jelek, abu-abu, seperti belut yang dikenal sebagai “hagfish”.ular lendir“Karena mekanisme pertahanannya yang unik. Seekor hagfish dapat melepaskan satu liter penuh bahan lengket dan lengket dari pori-pori yang terletak di seluruh tubuhnya dalam waktu kurang dari satu detik. Ini cukup, misalnya, untuk memblokir insang hiu pemangsa, mencekiknya. pemangsa.” kertas baru Diterbitkan dalam jurnal Current Biology melaporkan bahwa slime yang dihasilkan oleh hagfish yang lebih besar mengandung sel yang jauh lebih besar daripada slime yang dihasilkan oleh hagfish yang lebih kecil – contoh penskalaan ukuran sel yang tidak biasa dengan ukuran tubuh di alam.

seperti kita Saya sebutkan sebelumnyaIlmuwan adalah studi lendir selama bertahun-tahun karena merupakan bahan yang tidak biasa. Ini tidak seperti lendir yang mengering dan mengeras seiring waktu. Tanah liat hake tetap berlendir, memberikan tekstur gelatin semi-keras. Hal ini disebabkan oleh serat panjang seperti benang dalam lendir, serta protein dan gula yang membentuk miosin, bahan utama lainnya. Serat ini digulung menjadi “gulungan” yang terlihat seperti bola benang. Ketika hagfish melepaskan tembakan lendir, permukaannya mengendur dan bergabung dengan air asin, meledak lebih dari 10.000 kali ukuran aslinya.

Dari sudut pandang bahan, lendir hagfish adalah bahan yang bagus. Pada tahun 2016, sekelompok peneliti Swiss Dia mempelajari sifat-sifat cairan yang tidak biasa lumpur hagfish, dengan fokus khusus pada bagaimana sifat-sifat ini memberikan dua keuntungan berbeda: membantu hewan mempertahankan diri dari pemangsa dan menempelkan diri pada simpul untuk melarikan diri dari lumpurnya sendiri. Mereka menemukan bahwa berbagai jenis aliran fluida mempengaruhi viskositas lumpur secara keseluruhan. Fluida yang mengalir pada dasarnya adalah serangkaian lapisan yang saling meluncur. Semakin cepat satu lapisan meluncur di atas yang lain, semakin besar resistensi, dan semakin lambat slip, semakin rendah resistensi. Saya Buku untuk Gizmodo pada waktunya:

Lendir hagfish adalah contoh cairan non-Newtonian, di mana viskositas berubah sebagai respons terhadap tegangan atau gaya geser yang diterapkan. … penerapan tegangan atau gaya geser akan meningkatkan viskositas – dalam kasus saus tomat, puding, saus, atau campuran klasik air dan tepung maizena yang disebut “obleck” – atau menguranginya, seperti cat non-tetes yang menyikat dengan mudah tetapi menjadi lebih kental setelah diterapkan. Di dinding.

Slime Hashemite bisa menjadi keduanya. Ternyata suction feeding yang digunakan oleh banyak predator hagfish menciptakan aliran searah. Tekanan aliran hisap yang berkepanjangan meningkatkan viskositas kental, dan lebih baik untuk mencekik predator tersebut dengan menyumbat insang. Tetapi ketika hagfish mencoba melepaskan slimenya sendiri, gerakannya menciptakan aliran yang melunakkan geser yang sebenarnya mengurangi kekentalan slime, memfasilitasi pelepasan. Faktanya, jaringan viskos dengan cepat runtuh di hadapan aliran penipisan geser.

Para ilmuwan masih mempelajari mekanisme pasti bagaimana hagfish menghasilkan zat lengket. Pekerjaan sebelumnya telah menunjukkan bahwa air laut sangat penting untuk pembentukan lendir dan bahwa permukaan hagfish dapat secara spontan hancur jika ion dalam air laut mencampur perekat yang menahan untaian berserat bersama-sama dalam gulungan. Tapi timeline juga penting. studi 2014, misalnya, menunjukkan bahwa setiap penghancuran spontan kulit akan memakan waktu beberapa menit—namun hagfish menyebarkan lendir dalam waktu sekitar 0,4 detik.

A makalah 2019 Dalam Journal of Royal Society Interface disarankan bahwa aliran air yang turbulen (khususnya, hambatan yang disebabkan oleh turbulensi semacam itu) merupakan faktor kunci. Pergerakan air di sekitarnya sebagai serangan predator membantu merangsang proses tak henti-hentinya fascia. Skeins memiliki ujung yang longgar. Menariknya mengarah pada disintegrasi. Tapi awan air yang mengalir dengan pecahnya predator membuat proses ini terjadi lebih cepat.

Makalah baru ini merangkum hasil penelitian terbaru oleh Douglas Fudge, seorang ahli biologi kelautan di Universitas Chapman yang studi hagfish dan sifat slime selama bertahun-tahun. Misalnya, pada tahun 2012, ketika dia berada di Universitas Guelph, laboratorium 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).

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.

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] Ini mengembun dengan tetangga mereka di superstruktur serat intraseluler yang jauh lebih besar. “

Jadi, ada apa dengan fitur penskalaan ini—dan untaian yang lebih besar yang dihasilkan—yang dapat memberikan keuntungan evolusioner? “Ada beberapa cara di mana utas yang lebih besar dapat bermanfaat bagi hagfish yang lebih besar” Dia mengatakan omong kosong. “Filamen yang lebih tebal dapat menahan lebih banyak kekuatan sebelum pecah dan membuat lendir lebih kuat dan lebih mampu bertahan hidup di insang ikan pemangsa yang besar dan kuat. Filamen panjang memiliki manfaat yang sama karena mereka dapat memperpanjang jarak yang lebih jauh antara lengkungan insang ikan yang lebih besar. predator.” Untaian yang lebih panjang juga lebih mungkin menghasilkan lebih banyak lendir, meningkatkan penggunaannya sebagai pencegah defensif terhadap pemangsa yang lebih besar.

Studi masa depan akan fokus pada penyelidikan bagaimana setiap filamen merakit struktur kompleks seperti itu menjadi sel kecil, Menurut Yu.

DOI: Biologi Saat Ini, 2021. 10.1016 / j.cub.2021.08.066 (Tentang DOI).