لا يزال العلماء يتعلمون أشياء جديدة مثيرة للاهتمام حول الوحل اللزج لسمك الجريث

تعرف على سمكة الجريث المتواضعة ، وهي مخلوق قبيح ، رمادي ، يشبه ثعبان البحر يُعرف بمودة باسم “ثعبان مخاط“بسبب آليتها الدفاعية الفريدة. يمكن لسمك الهاغ أن يطلق لترًا كاملاً من الطين اللزج من المسام في جميع أنحاء جسمه في أقل من ثانية. وهذا يكفي ، على سبيل المثال ، لسد خياشيم سمكة القرش. المفترس ، وخنق المفترس المزعوم. ورقة جديدة نشرت في مجلة Current Biology تقارير تفيد بأن الوحل الذي تنتجه أسماك الهاg الكبيرة يحتوي على خلايا أكبر بكثير من تلك التي تنتجها أسماك الهاg الصغيرة – وهو مثال غير عادي على حجم الخلية مع حجم الجسم في الطبيعة.

كما لدينا المذكور سابقا، كان العلماء دراسة الوحل لسنوات لأنها مادة غير عادية. إنه ليس مثل المخاط الذي يجف ويتصلب بمرور الوقت. يظل الوحل من سمك الهاك لزجًا ، مما يمنحه قوام الجيلاتين نصف المتصلب. ويرجع ذلك إلى الألياف الطويلة الشبيهة بالخيوط الموجودة في الطين ، بالإضافة إلى البروتينات والسكريات التي تشكل الميوسين ، المكون الرئيسي الآخر. تنتهي هذه الألياف في “شلات” تشبه كرات الصوف. عندما ينفد سمك الهاg مع الوحل ، تنفجر التشابكات وتندمج مع الماء المالح ، وتفجر أكثر من 10000 ضعف حجمها الأصلي.

من وجهة نظر مادية ، الوحل سمك الهاg رائع. في عام 2016 ، قامت مجموعة من الباحثين السويسريين درس الخصائص غير العادية للسوائل لعاب سمك الهاg ، مع التركيز بشكل خاص على كيفية تقديم هذه الخصائص لفائدتين متميزتين: مساعدة الحيوان على الدفاع عن نفسه ضد الحيوانات المفترسة وربط العقد للهروب من الوحل الخاص به. وجدوا أن أنواعًا مختلفة من تدفق السوائل تؤثر على اللزوجة الكلية للملاط. السائل المتدفق هو في الأساس سلسلة من الطبقات تنزلق فوق بعضها البعض. كلما انزلقت إحدى الطبقات بشكل أسرع على الأخرى ، زادت المقاومة ، وكلما كانت الشريحة أبطأ ، قلت المقاومة. مثلي مكتوب لـ Gizmodo في الوقت:

ملاط سمك الهاك هو مثال على سائل غير نيوتوني ، حيث تتغير اللزوجة استجابة للإجهاد المطبق أو قوة القص. … سيؤدي تطبيق القوة أو قوة القص إلى زيادة اللزوجة – في حالة الكاتشب أو البودينغ أو المرق أو ذلك المزيج الكلاسيكي من الماء ونشا الذرة المسمى “oobleck” – أو تقليله ، مثل الطلاء غير بالتنقيط الذي يمكن تطبيقه بسهولة لكنها تصبح أكثر لزوجة مرة واحدة على الحائط.

يمكن أن يكون الوحل سمك الهاشمي كلاهما. اتضح أن التغذية بالشفط التي يستخدمها العديد من مفترسات أسماك الهاg تخلق تدفقًا في اتجاه واحد. يزيد الضغط المطول لتدفق الشفط هذا من لزوجة الصمغ من أجل خنق الحيوانات المفترسة بشكل أفضل عن طريق إعاقة الخياشيم. ولكن عندما تحاول سمكة الهاg الهروب من الوحل الخاص بها ، فإن حركتها تخلق تدفقًا للقص يقلل في الواقع من لزوجة الوحل ، مما يسهل الهروب. في الواقع ، تنهار الشبكة اللزجة بسرعة في مواجهة تدفق البرق.

لا يزال العلماء يتعلمون الآلية الدقيقة التي تنتج من خلالها أسماك الهاg المادة اللزجة. أظهر العمل السابق أن مياه البحر ضرورية لتكوين الطمي ، ويمكن أن تتفكك أسطح أسماك الهاg تلقائيًا إذا مزجت الأيونات في مياه البحر المواد اللاصقة التي تربط الخيوط الليفية معًا في التشابك. لكن المواعيد النهائية مهمة أيضًا. دراسة 2014، على سبيل المثال ، أظهر أن أي فك تشابك تلقائي للتشابك سيستغرق عدة دقائق ، لكن سمكة الهاg تنشر الوحل في حوالي 0.4 ثانية.

أ ورق 2019 في مجلة واجهة المجتمع الملكي اقترح أن التدفق المضطرب للمياه (على وجه الخصوص ، السحب الذي ينتج عن هذا الاضطراب) هو عامل حاسم. تساعد حركة المياه المحيطة أثناء هجمات المفترس على بدء الانكشاف. الأسطح لها نهاية حرة ؛ شدها يؤدي إلى تهتك. لكن أثر تدفق المياه مع كفاح المفترس يجعل هذه العملية أسرع.

تلخص هذه المقالة الجديدة نتائج أحدث الأبحاث التي أجراها دوجلاس فودج ، عالم الأحياء البحرية من جامعة تشابمان والذي كان دراسة سمك الها وخواص الوحل لسنوات. على سبيل المثال ، في عام 2012 ، عندما كان في جامعة جيلف ، مختبر فودج[[” 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] يتكثف مع جيرانهم في بنية فوقية أكبر بكثير من الألياف داخل الخلايا. “

إذن ما الذي يمكن أن توفره ميزة القياس هذه (والخيوط الأكبر الناتجة) ميزة قابلة للتطوير؟ “هناك عدة طرق يمكن من خلالها أن تكون الخيوط الكبيرة مفيدة لسمكة الهاg الأكبر حجمًا.” قال الهراء. “يمكن للخيوط السميكة أن تتحمل المزيد من القوة قبل أن تنكسر وتجعل السلايم أقوى وأكثر قدرة على البقاء على خياشيم سمكة مفترسة كبيرة وقوية. تتمتع الأسلاك الأطول بميزة مماثلة من حيث قدرتها على تمديد مسافات أكبر بين الأقواس الخيشومية للحيوانات المفترسة الكبيرة. من المرجح أيضًا أن تنتج الأسلاك الأطول أحجامًا أكبر من الطين ، مما يحسن استخدامه كرادع ضد الحيوانات المفترسة الأكبر حجمًا.

ستركز الدراسات المستقبلية على دراسة كيف يلف كل خيط مثل هذا الهيكل المعقد في خلية صغيرة ، وفقًا لـ Yu.

DOI: علم الأحياء الحالي ، 2021. 10.1016 / j.cub.2021.08.066 (حول DOIs).