Pokorný hagfish je škaredý, sivý, úhorovi podobný tvor známy svojou schopnosťou vypustiť oblak lepkavého slizu na nič netušiacich predátorov, upchať si žiabre a udusiť spomínaných predátorov. Preto sa to s láskou nazýva „Hadí sopeľ„Hagfish sa tiež rád zahrabáva v hlbokomorských sedimentoch, ale vedci nedokázali presne pozorovať, ako to robia, pretože kalné sedimenty zakrývajú výhľad.“ Výskumníci z Chapman University postavili špeciálnu nádrž priehľadnej želatíny, aby prekonali túto výzvu a získajte úplný obraz o ich správaní pri hrabaní, podľa A Nový papier Publikované v časopise Journal of Experimental Biology.

„Už dlho vieme, že hagfish sa môže zahrabať do mäkkých sedimentov, ale netušili sme, ako to urobili.“ povedal spoluautor Douglas Fudgemorský biológ, ktorý Vedie laboratórium V Chapman sa venoval štúdiu hagfish. „Keď sme sa naučili, ako prinútiť hagfish dobrovoľne sa zavŕtať do čírej želatíny, mohli sme sa prvýkrát pozrieť na tento proces.“

Ako už bolo spomenuté, vedci boli Štúdium hagfish slizu Už roky, pretože je to nezvyčajný materiál. Nie je to ako hlien, ktorý časom zasychá a stvrdne. Sliz hagfish zostáva lepkavý a dodáva mu konzistenciu polotuhnutej želatíny. Je to spôsobené prítomnosťou dlhých vláknitých vlákien v slize, ako aj bielkovín a cukrov, ktoré tvoria mucín, ďalšiu hlavnú zložku. Tieto vlákna sú stočené do „chumáčov“, ktoré pripomínajú klbká priadze. Keď hagfish uvoľní dávku lepkavej látky, vlákna sa rozvinú a spoja so slanou vodou, pričom explodujú viac ako 10 000-násobok svojho pôvodného objemu.

Z materiálového hľadiska je sliz z hagfish fascinujúci materiál, ktorý sa môže jedného dňa ukázať ako užitočný pre biomedicínske zariadenia, tkanie ľahkých, ale pevných látok pre prírodné lycrové alebo nepriestrelné bundy alebo mazanie priemyselných vrtákov, ktoré sa zvyknú upchávať v hlbokej pôde a sedimentoch. V roku 2016 skupina švajčiarskych výskumníkov Študoval vlastnosti nezvyčajných kvapalín Zo slizu hagfish, s osobitným dôrazom na to, ako tieto vlastnosti poskytujú dve odlišné výhody: pomáha zvieraťu brániť sa pred predátormi a viazať sa do uzlov, aby uniklo vlastnému slizu.

Hlien hagfish je nenewtonská tekutina a je nezvyčajná v tom, že je svojou povahou hrubá a tenká. Väčšina predátorov hagfish používa sacie kŕmenie, čím sa vytvára hustý, jednosmerný šmykový tok, ktorý je lepší na blokovanie žiabier a dusenie uvedených predátorov. Ak sa však hagfish potrebuje dostať zo svojho vlastného gunk, jeho pohyby tela vytvárajú tenký tok, ktorý zrúti sieť lepkavých buniek, ktoré tvoria gunk.

Bola to kravina Štúdium hagfish A vlastnosti jeho slizu už roky. Napríklad v roku 2012, keď bol na University of Guelph, Fudgeovo laboratórium Úspešne zozbierané Hagfish sliz, rozpustený v kvapaline, potom „spriadaný“ do silnej, ale pružnej nite, podobne ako pradenie hodvábu. Tieto vlákna by mohli potenciálne nahradiť vlákna na báze ropy, ktoré sa v súčasnosti používajú v bezpečnostných prilbách alebo kevlarových vestách, okrem iných potenciálnych aplikácií. A v roku 2021 jeho tím Našiel Sliz produkovaný väčším hagfish obsahuje oveľa väčšie bunky ako sliz produkovaný menším hagfish – neobvyklý príklad toho, že veľkosť buniek sa v prírode zväčšuje s veľkosťou tela.

Sedimentárny roztok

Tentoraz Fudgeov tím obrátil svoju pozornosť na kopanie hagfish. Okrem objasnenia reprodukčného správania hagfish by výskum mohol mať aj širšie ekologické dôsledky. Podľa autorov je hrabanie dôležitým faktorom premeny sedimentov, zatiaľ čo prevzdušňovanie nôr mení chemizmus sedimentu tak, že môže obsahovať viac kyslíka. To by zase zmenilo organizmy, ktorým sa v týchto sedimentoch pravdepodobne darí. Pochopenie mechanizmov hrania môže tiež pomôcť pri navrhovaní mäkkých robotov na hranie.

Najprv však Fudgeov tím musel prísť na to, ako vidieť cez sediment, aby mohol pozorovať hrabanie. Iní vedci, ktorí študujú rôzne zvieratá, sa spoliehali na priehľadné substráty, ako je minerálny kryolit alebo želatínové hydrogély, pričom posledný z nich bol úspešne použitý na pozorovanie správania mnohoštetinavcov. Nezmysel a spol. Vybrala si želatínu ako náhradu za sediment umiestnenú v troch vlastných čírych akrylových miestnostiach. Potom nafilmovali správanie 25 náhodne vybraných hagfishov pri zahrabávaní želatíny.

To umožnilo Fudgeovi a spol. Na identifikáciu dvoch odlišných fáz pohybu, ktoré hagfish používajú na vytváranie svojich nôr v tvare U, je tu fáza „klovania“, v ktorej hagfish energicky pláva a pohybuje hlavou zo strany na stranu. To nielen že poháňa hagfish dopredu, ale tiež pomáha rozbiť želatínu na kúsky. Takto môže hagfish prekonať problém vytvorenia otvoru v sedimente (alebo želatínovom substráte), cez ktorý sa môže pohybovať.

Nasleduje fáza „zvíjania sa“, ktorá sa zdá byť podporovaná „vnútornou harmonikou“ bežnou u hadov. Zahŕňa násilné skracovanie a predlžovanie tela, okrem pôsobenia bočných síl na steny na podopretie a rozšírenie nory. „Had, ktorý používa ostnaté pohyby, bude neustále postupovať úzkym kanálom alebo sa prevŕtať striedavými vlnami predlžovania a skracovania,“ napísali autori a voľná koža hagfish je pre takúto stratégiu veľmi vhodná. Fáza úniku pokračuje, až kým hrabáč vystrčí hlavu zo substrátu. Hagfish trvalo v priemere asi sedem minút alebo viac, kým dokončil svoju noru.

Samozrejme, existujú určité upozornenia. Akrylové steny nádoby mohli ovplyvniť správanie pri hrabaní v laboratóriu alebo konečnú morfológiu nôr. Autori odporúčajú replikovať experimenty pomocou sedimentov z prirodzených biotopov a vykonávať röntgenovú videografiu hagfish implantovaných rádiovými značkami na zachytenie pohybov. Veľkosť tela a typ substrátu môžu tiež ovplyvniť správanie pri hrabaní. Celkovo však veria, že ich pozorovania „presne reprezentujú, ako sa hagfish rozmnožujú a pohybujú v norách vo voľnej prírode“.

doi: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (O digitálnych identifikátoroch).