Jak śluzice norują w osadach głębinowych

Skromna śluzica to brzydkie, szare stworzenie przypominające węgorza, znane ze swojej zdolności do wypuszczania chmury lepkiego śluzu na niczego niepodejrzewające drapieżniki, zatykając im skrzela i dusząc wspomniane drapieżniki. Dlatego pieszczotliwie nazywa się to „Smark węża„Śluzice również lubią zagrzebywać się w osadach głębinowych, ale naukowcy nie byli w stanie dokładnie zaobserwować, jak to robią, ponieważ mętne osady zasłaniają widok”. Naukowcy z Uniwersytetu Chapman zbudowali specjalny zbiornik z przezroczystej żelatyny, aby sprostać temu wyzwaniu i uzyskać pełny obraz ich zachowania podczas kopania, według A Nowy papier Opublikowano w czasopiśmie Journal of Experimental Biology.

„Od dawna wiedzieliśmy, że śluzice mogą zakopywać się w miękkim osadzie, ale nie mieliśmy pojęcia, jak to robią”. powiedział współautor Douglas Fudgebiolog morski, który Kieruje laboratorium W Chapman poświęcił się badaniu śluzic. „Ucząc się, jak zmusić śluzicę do dobrowolnego zakopywania się w przezroczystej żelatynie, mogliśmy po raz pierwszy przyjrzeć się temu procesowi”.

Jak wspomniano wcześniej, naukowcy byli Badanie śluzicy śluzicy Od lat, bo to niezwykły materiał. To nie jest śluz, który z czasem wysycha i twardnieje. Śluz śluzicy pozostaje lepki, nadając mu konsystencję półtwardej żelatyny. Wynika to z obecności w śluzie długich, nitkowatych włókien, a także białek i cukrów tworzących mucynę, drugi główny składnik. Włókna te są skręcone w „kępki”, które przypominają kłębki przędzy. Kiedy śluzica uwalnia dawkę lepkiej substancji, nici rozwijają się i łączą ze słoną wodą, eksplodując ponad 10 000 razy w stosunku do swojej pierwotnej objętości.

Z materiałowego punktu widzenia śluz śluzicy jest fascynującym materiałem, który pewnego dnia może okazać się przydatny w urządzeniach biomedycznych, tkaniu lekkich, ale mocnych tkanin na naturalną lycrę lub kamizelki kuloodporne lub smarowaniu wierteł przemysłowych, które mają tendencję do zatykania się w głębokiej glebie i osadach. W 2016 roku grupa szwajcarskich badaczy Badał właściwości niezwykłych cieczy Od śluzicy śluzicy, ze szczególnym uwzględnieniem tego, jak te właściwości zapewniają dwie wyraźne korzyści: pomagają zwierzęciu bronić się przed drapieżnikami i zawiązują się w węzły, aby uciec przed własnym śluzem.

Śluz śluzicy jest płynem nienewtonowskim i jest niezwykły, ponieważ ma z natury grubość i rzadkość przy ścinaniu. Większość drapieżników śluzic odżywia się ssąc, tworząc gęsty, jednokierunkowy przepływ ścinający, który lepiej blokuje skrzela i dusi drapieżniki. Ale jeśli śluzica musi wydostać się z własnej mazi, ruchy jej ciała tworzą cienki strumień, zapadając się w sieć lepkich komórek tworzących maź.

To była bzdura Badanie śluzic I właściwości jego śluzu na lata. Na przykład w 2012 roku, kiedy przebywał na Uniwersytecie w Guelph, w laboratorium Knota Pomyślnie zebrane Śluz śluzicy rozpuszczony w cieczy, a następnie „skręcony” w mocną, ale rozciągliwą nić, przypominający przędzenie jedwabiu. Włókna te mogłyby potencjalnie zastąpić, między innymi, włókna na bazie ropy naftowej stosowane obecnie w hełmach ochronnych lub kamizelkach kevlarowych. A w 2021 roku jego zespół Znalazłem to Śluz wytwarzany przez większą śluzicę zawiera znacznie większe komórki niż śluz wytwarzany przez mniejszą śluzicę – jest to niezwykły przykład wzrostu wielkości komórek w naturze wraz z rozmiarem ciała.

Roztwór osadowy

Tym razem zespół Knota skupił się na kopaniu śluzic. Oprócz rzucenia światła na zachowania reprodukcyjne śluzic badania mogą mieć również szersze implikacje ekologiczne. Według autorów kopanie jest ważnym czynnikiem w cyrkulacji osadów, natomiast napowietrzanie nory zmienia skład chemiczny osadu, dzięki czemu może zawierać więcej tlenu. To z kolei spowodowałoby zmianę organizmów, które prawdopodobnie będą się rozwijać w tych osadach. Zrozumienie mechanizmów kopania może również pomóc w projektowaniu miękkich robotów kopiących.

Najpierw jednak zespół Knota musiał dowiedzieć się, jak zajrzeć przez osad i obserwować zachowanie kopania. Inni naukowcy badający różne zwierzęta polegali na przezroczystych podłożach, takich jak mineralny kriolit lub hydrożele żelatynowe, z których ten ostatni z powodzeniem zastosowano do obserwacji zachowania wieloszczetów. Nonsens i in. Jako zamiennik osadu znajdującego się w trzech specjalnie przygotowanych pomieszczeniach z przezroczystego akrylu wybrała żelatynę. Następnie sfilmowali zachowanie 25 losowo wybranych śluzic zagrzebujących się w żelatynie.

Umożliwiło to Fudge i in. Aby zidentyfikować dwie odrębne fazy ruchu, którymi śluzice tworzą swoje nory w kształcie litery U. Pierwszą z nich jest faza „dziobania”, podczas której śluzica energicznie pływa, poruszając głową z boku na bok. To nie tylko popycha śluzicę do przodu, ale także pomaga rozbić żelatynę na kawałki. Być może w ten sposób śluzica pokonuje wyzwanie polegające na utworzeniu w osadzie (lub galaretowatym podłożu) otworu, przez który może się przemieszczać.

Następnie następuje faza „wirowania”, która wydaje się być wspierana przez „wewnętrzną harmonijkę” powszechną u węży. Polega na silnym skracaniu i wydłużaniu ciała, a także wywieraniu sił bocznych na ściany w celu podparcia i rozszerzenia nory. „Wąż wykonujący kolczaste ruchy będzie stale przemieszczał się przez wąski kanał lub norę poprzez naprzemienne fale wydłużania i skracania” – napisali autorzy, a luźna skóra śluzicy doskonale nadaje się do takiej strategii. Faza unikania trwa do momentu, w którym ryjąca śluzica wystawi głowę z podłoża. Śluzica potrzebowała średnio około siedmiu minut lub więcej, aby zakończyć swoją norę.

Oczywiście są pewne zastrzeżenia. Akrylowe ściany pojemnika mogły mieć wpływ na zachowanie nor w laboratorium lub na ostateczną morfologię nor. Autorzy zalecają powtórzenie eksperymentów z wykorzystaniem osadów z siedlisk naturalnych i wykonanie wideografii rentgenowskiej śluzic, którym wszczepiono znaczniki radiowe w celu uchwycenia ruchów. Rozmiar ciała i rodzaj podłoża mogą również wpływać na zachowanie kopania. Ogólnie jednak uważają, że ich obserwacje „dokładnie odzwierciedlają sposób, w jaki śluzice rosną i poruszają się w dzikich norach”.

DOI: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (O identyfikatorach cyfrowych).