Hoe slijmprikken graven in diepzeesedimenten

De eenvoudige slijmprik is een lelijk, grijs, aalachtig wezen dat bekend staat om zijn vermogen om een ​​wolk plakkerig slijm los te laten op nietsvermoedende roofdieren, waardoor zijn kieuwen verstopt raken en de roofdieren verstikt worden. Daarom heet het liefkozend “Slangensnot“Slijmprikken graven zich ook graag in diepzeesedimenten, maar wetenschappers hebben niet precies kunnen observeren hoe ze dat doen, omdat de troebele sedimenten het zicht belemmeren.” Onderzoekers van Chapman University hebben een speciale tank van heldere gelatine gebouwd om dit te ondervangen uitdagen en een volledig beeld krijgen van hun graafgedrag, aldus A Nieuw papier Gepubliceerd in het Journal of Experimental Biology.

“We wisten al heel lang dat slijmprikken in zacht sediment kunnen graven, maar we hadden geen idee hoe ze dat deden.” zei co-auteur Douglas Fudgeeen mariene bioloog die Hij leidt het laboratorium Bij Chapman wijdde hij zich aan de studie van slijmprikken. “Door te leren hoe we slijmprikken vrijwillig in heldere gelatine kunnen laten ingraven, konden we dit proces voor het eerst bekijken.”

Zoals eerder vermeld, waren wetenschappers dat wel Studie van slijm van slijmprikken Al jaren omdat het een bijzonder materiaal is. Het is niet zoals slijm, dat na verloop van tijd opdroogt en hard wordt. Het slijm van de slijmprik blijft plakkerig, waardoor het de consistentie krijgt van halfgeharde gelatine. Dit komt door de aanwezigheid van lange, draadachtige vezels in het slijm, evenals door de eiwitten en suikers waaruit mucine bestaat, het andere hoofdbestanddeel. Deze vezels worden gedraaid tot “plukjes” die op bolletjes garen lijken. Wanneer een slijmprik een dosis kleverige substantie vrijgeeft, ontspannen de draden zich en verbinden zich met het zoute water, waardoor ze meer dan 10.000 keer hun oorspronkelijke volume exploderen.

Vanuit materiaaloogpunt is slijm uit slijm een ​​fascinerend materiaal dat op een dag nuttig kan blijken voor biomedische apparaten, het weven van lichte maar sterke stoffen voor natuurlijk lycra of kogelvrije jassen, of het smeren van industriële boren die de neiging hebben verstopt te raken in diepe grond en sediment. In 2016 ontdekte een groep Zwitserse onderzoekers Hij bestudeerde de eigenschappen van ongebruikelijke vloeistoffen Van het slijm van slijmprikken, met bijzondere nadruk op hoe deze eigenschappen twee duidelijke voordelen bieden: het dier helpen zichzelf te verdedigen tegen roofdieren en zichzelf in knopen vastbinden om aan zijn eigen slijm te ontsnappen.

Hagfish-slijm is een niet-Newtonse vloeistof en is ongebruikelijk omdat het schuifdik en dun van aard is. De meeste slijmprik-roofdieren gebruiken zuigvoeding, waardoor een dikke, unidirectionele schuifstroom ontstaat die beter is voor het blokkeren van de kieuwen en het verstikken van de roofdieren. Maar als de slijmprik uit zijn eigen smurrie moet komen, creëren zijn lichaamsbewegingen een dunne stroom, waardoor het netwerk van kleverige cellen waaruit de smurrie bestaat, ineenstort.

Het was onzin Studie van slijmprik En de eigenschappen van zijn slijm al jaren. Bijvoorbeeld in 2012, toen hij aan de Universiteit van Guelph was, in het laboratorium van Droebel Succesvol geoogst Hagfish-slijm, opgelost in een vloeistof en vervolgens “gesponnen” tot een sterke maar rekbare draad, net zoals het spinnen van zijde. Deze filamenten zouden mogelijk op aardolie gebaseerde vezels kunnen vervangen die momenteel worden gebruikt in veiligheidshelmen of Kevlar-vesten, naast andere mogelijke toepassingen. En in 2021 zijn team Gevonden Het slijm geproduceerd door de grotere slijmprik bevat veel grotere cellen dan het slijm geproduceerd door de kleinere slijmprik – een ongebruikelijk voorbeeld van de celgrootte die toeneemt met de lichaamsgrootte in de natuur.

Sedimentaire oplossing

Deze keer richtte Droebel’s team hun aandacht op het graven van slijmprikken. Naast het werpen van licht op het voortplantingsgedrag van slijmprikken, zou het onderzoek ook bredere ecologische implicaties kunnen hebben. Volgens de auteurs is het graven een belangrijke factor in de sedimentomzet, terwijl de beluchting van de holen de chemie van het sediment verandert, zodat het meer zuurstof kan bevatten. Dit zou op zijn beurt de organismen veranderen die waarschijnlijk in die sedimenten zullen gedijen. Het begrijpen van graafmechanismen kan ook helpen bij het ontwerpen van zachte graafrobots.

Maar eerst moest Droebel’s team uitzoeken hoe ze door het sediment heen konden kijken om het graafgedrag te observeren. Andere wetenschappers die verschillende dieren bestudeerden, vertrouwden op transparante substraten zoals minerale cryoliet- of gelatinehydrogels, waarvan de laatste met succes is gebruikt om het gedrag van borstelwormen te observeren. Onzin et al. Ze koos voor gelatine als vervanging voor het sediment dat zich in drie op maat gemaakte kamers van helder acryl bevond. Vervolgens filmden ze het gelatine-gravende gedrag van 25 willekeurig geselecteerde slijmprikken.

Dit stelde Fudge et al. Om twee verschillende bewegingsfasen te identificeren die slijmprikken gebruiken om hun U-vormige holen te creëren, is er eerst de ‘pikfase’, waarin de slijmprik krachtig zwemt terwijl hij zijn kop heen en weer beweegt. Dit stuwt niet alleen de slijmprik vooruit, maar helpt ook de gelatine in stukjes te breken. Dit is misschien de manier waarop de slijmprik de uitdaging overwint om een ​​opening in het sediment (of het gelatineuze substraat) te creëren waar hij doorheen kan bewegen.

Vervolgens komt de ‘kronkelfase’, die lijkt te worden ondersteund door een ‘interne concertina’ die veel voorkomt bij slangen. Het omvat het krachtig inkorten en verlengen van het lichaam, naast het uitoefenen van laterale krachten op de wanden om het hol te ondersteunen en uit te breiden. “Een slang die bewegingen met weerhaken gebruikt, zal gestage vooruitgang boeken door een smal kanaal of zich door afwisselende golven van verlenging en verkorting heen graven”, schreven de auteurs, en de losse huid van de slijmprik is zeer geschikt voor een dergelijke strategie. De ontwijkingsfase gaat door totdat de gravende slijmprik zijn kop uit het substraat steekt. Het kostte de slijmprik gemiddeld zo’n zeven minuten of langer om zijn hol te voltooien.

Natuurlijk zijn er enkele kanttekeningen. De wanden van de acrylcontainer hebben mogelijk het graafgedrag in het laboratorium of de uiteindelijke morfologie van de holen beïnvloed. De auteurs raden aan de experimenten te repliceren met behulp van sediment uit natuurlijke habitats, en röntgenvideografie uit te voeren van slijmprikken geïmplanteerd met radiotags om bewegingen vast te leggen. Lichaamsgrootte en substraattype kunnen ook het graafgedrag beïnvloeden. Maar over het algemeen zijn ze van mening dat hun waarnemingen ‘een nauwkeurige weergave zijn van hoe slijmvissen zich voortplanten en bewegen in holen in het wild.’

doi: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (Over digitale ID’s).