盲鳗的黏液为何如此难缠科学家盲鳗能突

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盲鳗

曾在年,在美国俄勒冈州的一条高速公路上,一辆装载着3吨多重的盲鳗的卡车,在一次突然刹车减速中出现了车祸。车上的集装箱倾翻并滑到路上,撞到了一辆小轿车上,集装箱里面的盲鳗被倾倒在小轿车上。

于是,就出现了图片上这样的令车主头大的情景……

盲鳗显然是把那辆小轿车当作捕食者了,因为盲鳗的防御机制会在感受到威胁的时候被触发,它们会分泌大量的黏液。这些黏液中含有大量的黏蛋白,和大量的黏液纤维,这些黏液纤维的直径只有人类头发丝的百分之一,强度却比尼龙强10倍,极大地提升了黏液总体的黏结强度。被这么“难缠”的黏液覆盖,估计那位车主都不想要那辆车了。

实际上,盲鳗生活在海里,随时都会面临被捕食的危险,当它们遇到天敌的时候,会在几分钟内分泌出能够阻碍20升海水的黏液。这些黏液会与海水相互作用,生成大量的小泡,形成一张巨大的网,阻挡捕食者的攻击。那么问题来了,盲鳗的黏液为何如此强劲,它们为什么能够在这么短的时间内分泌出这么多的黏液?

最近,美国加利福尼亚州奥兰治查普曼大学的一项新研究报告称,研究人员发现,盲鳗的细胞可以突破限制,长成超大细胞,其作用就是为了在短时间内产生用于制造防御黏液的黏液纤维。

通常,动物细胞的大小不会随动物的身体大小而变化。例如,老鼠和大象的体型相差悬殊,但它们的的肝细胞大小差别却不大。此前科学家们对哺乳动物的研究表明,脑细胞和脂肪细胞可能会随着身体大小而发生显著变化,主要是因为它们具有长期功能,可以在不经历细胞分裂的情况下生长。

查普曼大学施密德科技学院的研究人员说:“我们的研究表明,动物细胞中存在已知的最大比例指数。我们分析了盲鳗的腺体线细胞的大小,这些腺体线细胞形成丝状线(即黏液纤维),加强海鳗黏液,并发现它们会随着体型的增大而增大。实际上我们发现,在鳗鱼的进化树上,很多物种都能形成大型腺体线细胞细胞,尽管它们与盲鳗是远亲物种。”

当被捕食者攻击时,盲鳗会喷出黏液和丝状物,迅速形成黏液,堵塞捕食者的嘴和鳃。这些黏液纤维在黏液中形成网络,并赋予其力量。为了了解超级生物材料是如何在自然界进化的,并利用这些知识来启发工程,科学家们渴望了解更多关于盲鳗的黏液的知识。

在这项工作中,研究人员采集了19种大小不等的盲鳗,其中许多是博物馆标本。他们开发了一个工作流程,从显微图像中测量许多线细胞的大小和形状,并将数据集与进化树相结合。最后,研究人员从87条10-80厘米长的鳗身上获得了多个细胞的测量数据。

与脊椎动物的其他细胞相比,这些盲鳗的螺纹细胞非常大。最大的脂肪细胞约微米长,甚至比大象腹部的脂肪细胞还要大。不仅盲鳗的线细胞比大多数细胞大,而且它们的大小也高度依赖于盲鳗的身体大小。螺纹细胞显示出0.55的标度因子(身体大小的幂律标度指数),远大于脊椎动物中已知的最高细胞标度指数(哺乳动物脑细胞的指数为0.18)。

研究人员想找出为什么线细胞会长得这么大,并假设它与它们产生的线的机械性能上的选择性压力有关。他们开发了模型,根据直径和细胞体积估算螺纹的长度,发现在较大的细胞中,螺纹变得越来越厚,越来越长。“最大的海鳗,约厘米长,黏液纤维直径达4微米,约20厘米长,”研究人员说。这一发现表明,较大的盲鳗可能与较大的捕食者相互作用,因此需要抵御更强大的攻击。

该论文的主要研究者、资深作者道格拉斯·福吉(DouglasFudge)博士说:“较粗的线在断裂前可以承受更大的力,使黏液更强壮,更好地留在大型和强大的鱼类捕食者的鳃上。较长的线也有类似的好处,因为它们形成较大的网。”

研究人员说:“我们对盲鳗的行为生态学知之甚少,尤其是线细胞如何随体型变化。我们的研究表明,体型依赖性与捕食者的相互作用导致了防御黏液的深刻变化,这些变化可以在细胞和亚细胞水平上看到。”研究人员目前正在研究腺体丝细胞内黏液纤维的复杂发育过程,以进一步了解盲鳗是如何突破细胞大小限制的。




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