لا يزال العلماء يتعلمون أشياء جديدة عن طين سمك الصقر السمان

قم بدعوة سمكة الصقر المتواضعة ، وهي مخلوق قبيح ، رمادي ، يشبه ثعبان البحرثعبان مخاط“بسبب آلية الأمان الفريدة التي يتمتع بها سمك الصقر ، يمكنه إطلاق لتر كامل من الطين اللزج من الثقوب الموجودة في جسمه بالكامل في غضون ثوانٍ. وهذا يكفي لخنق سمكة قرش مفترسة. ورقة جديدة نُشر في العدد الحالي من مجلة Biology ، يحتوي الطين الذي ينتجه سمك الصقر الكبير على خلايا أكبر بكثير من الطين الذي ينتجه سمك الصقر الصغير – وهو مثال غير عادي لقياس حجم الخلية مع حجم الجسم الطبيعي.

كما لدينا أعلن سابقا، لقد كان العلماء دراسة طين سمك الصقر لأنه كان لسنوات عديدة مادة غير عادية. لا يبدو مثل المخاط ، يجف ويتصلب بمرور الوقت. سيكون طين سمك الصقر أرق ، مما يعطي اتساق الجيلاتين شبه المتصلب. بالإضافة إلى البروتينات والسكريات التي تشكل الألياف الطويلة التي تشبه الخيوط والموسين والمكونات الحيوية الأخرى في الطين. هذه الخيوط ملتوية في “جلود” مشابهة لكرات الغزل. عندما يتم فك سمك الصقر بالطين ، تتقلص العظام وتندمج مع الماء المالح ، مما يؤدي إلى تفجير 10000 مرة أكثر من حجمها الأصلي.

من وجهة نظر مادية ، فإن طين الصقر مادة جذابة. في عام 2016 ، قام فريق من الباحثين السويسريين درس خصائص السوائل غير الطبيعية يركز طين سمك الصقر ، على وجه الخصوص ، على كيفية تقديم هذه الخصائص لفائدتين متميزتين: مساعدة الحيوان على حماية نفسه من الحيوانات المفترسة وربط نفسه في عقد للهروب من الطين الخاص به. وجدوا أن أنواعًا مختلفة من تدفق السوائل تؤثر على اللزوجة الكلية للوحل. سلسلة من الطبقات تنزلق واحدة تلو الأخرى على أساس مائع متدفق. عندما تنزلق إحدى الطبقات بسرعة فوق الأخرى ، يكون هناك المزيد من المقاومة ، وعندما تنزلق ببطء ، تكون المقاومة أقل. أنا كتبت إلى كيسمودو في الوقت:

طين سمك الصقر هو مثال على سائل غير نيوتوني تتغير فيه اللزوجة استجابةً للإجهاد أو قوة القص المطبقة. … سيؤدي استخدام الإجهاد أو قوة القص إلى زيادة اللزوجة – مزيج كلاسيكي من الماء ودقيق الذرة يسمى الكاتشب أو البودينج أو المرق أو ما يسمى “أوبلك” – سوف يمسحها ولكنه سيلتصق مرة واحدة بالجدار .

يمكن أن يكون طين سمك الصقر على حد سواء. يخلق طعام الامتصاص الذي يستخدمه العديد من الحيوانات المفترسة لسمك الصقر تدفقًا اتجاهيًا. يزيد الضغط المطول لتدفق الشفط من لزوجة المادة اللزجة ، وهو أمر جيد لخنق الحيوانات المفترسة عن طريق إغلاق الخياشيم. ولكن عندما يحاول سمك الصقر الهروب من الطين الخاص به ، فإن حركته تخلق تدفقًا رقيقًا من القطع ، مما يقلل في الواقع من لزوجة الطين ويسهل الهروب. في الواقع ، ستنهار الشبكة الرفيعة بسرعة في مواجهة التدفق الرقيق.

لا يزال العلماء يتعلمون عن الآلية الدقيقة التي من خلالها يصنع سمك الصقر أجسامًا أقل نحافة. أظهر العمل السابق أن مياه البحر ضرورية لتكوين الحمأة وأن الأيونات الموجودة في مياه البحر يمكن أن تفك عظام سمك الصقر تلقائيًا إذا اختلطت مع المواد اللاصقة التي تربط ألياف الألياف معًا. لكن المدد مهمة أيضًا. دراسة 2014على سبيل المثال ، أظهرت أن تفكيك أي عظم تلقائي يستغرق عدة دقائق – لكن سمك الصقر يحتفظ بملحته لمدة 0.4 ثانية تقريبًا.

أ 2019 ورقة اقترحت مجلة Royal Society Interface Journal أن تدفق المياه المضطرب (على وجه الخصوص ، تشكيل مثل هذا الاضطراب) كان عاملاً مهمًا. يساعد في الحفاظ على حركة المياه المحيطة من الانكماش عند مهاجمتها من قبل الحيوانات المفترسة. الجلود لها نهاية فضفاضة. سحبها يؤدي إلى التفكك. لكن الانسحاب من المياه الجارية عندما يدق الصياد يجعل العملية أسرع.

تلخص هذه المقالة الجديدة نتائج دراسة حديثة أجراها دوجلاس فودج ، عالم الأحياء البحرية بجامعة تشابمان. دراسة سمك الصقر وخصائص طينه لسنوات عديدة. على سبيل المثال ، في عام 2012 ، عندما كان يعمل في جامعة الخليج ، 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] أكبر بنية فوقية من الألياف داخل العين مقارنة بجيرانها.

إذن ما الذي يمكن أن تقدمه ميزة القياس هذه – والألياف الأكبر – ميزة التطور؟ “هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها أن تكون النصوص الرائعة مفيدة لسمكة الهاكر الكبيرة” قال الهراء. “يمكن أن تتحمل الخيوط السميكة المزيد من القوة قبل الانكسار ويمكن أن يكون الطين أقوى وأفضل على قتلة الصيادين الأكبر والأقوى. تتمتع الخيوط الأطول بميزة مماثلة لأنها يمكن أن تنتشر على مسافات كبيرة بين المنحنيات القاتلة للصياد الكبير. تشكل كميات كبيرة من الطين ، ضد الحيوانات المفترسة الكبيرة “. يحسن استخدامه كحاجز دفاعي.

ستركز الدراسات المستقبلية على كيفية ملء كل خيط بهيكل معقد في خلية صغيرة ، بالنسبة لك.

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