Cum peștele migurină pătrunde în sedimentele de adâncime

Umilul miicină este o creatură urâtă, cenușie, asemănătoare anghilei, cunoscută pentru capacitatea sa de a dezlănțui un nor de slime lipicios asupra prădătorilor nebănuiți, înfundând branhiile și sufocându-i pe prădătorii respectivi. De aceea este cunoscut cu afecțiune ca „şarpe de muci.” De asemenea, peștișorul adoră să se îngroape în sedimentul de adâncime, dar oamenii de știință nu au reușit să observe exact cum fac acest lucru, deoarece sedimentul tulbure ascunde vederea. Cercetătorii de la Universitatea Chapman au construit un rezervor special cu gelatină transparentă pentru a depăși această provocare și obțineți o imagine completă a comportamentului de vizuinare, conform a hârtie nouă publicat în Journal of Experimental Biology.

„De mult timp știam că peștele de migurină poate să se înfunde în sedimente moi, dar nu aveam idee cum o fac.” a spus coautorul Douglas Fudgeun biolog marin care conduce un laborator la Chapman consacrat studiului miinginei. „Înțelegând cum să facem peștele migurină să se îngroape în mod voluntar în gelatină transparentă, am reușit să vedem pentru prima dată acest proces.”

La fel de raportate anterioroamenii de știință au fost studiind slime de hagfish de ani de zile pentru că este un material atât de neobișnuit. Nu este ca mucusul, care se usucă și se întărește în timp. Slime de hagfish rămâne vicios, dându-i consistența gelatinei semisolidificate. Acest lucru se datorează fibrelor lungi, asemănătoare unui fir din slime, pe lângă proteinele și zaharurile care alcătuiesc mucina, cealaltă componentă majoră. Acele fibre se înfășoară în „fibre” care seamănă cu bile de fire. Atunci când peștele de migurină se dezlănțuie cu o doză de slime, schelele se desfășoară și se combină cu apa sărată, explodând de peste 10.000 de ori dimensiunea inițială.

Din punct de vedere al materialelor, slime de peștișor este lucruri fascinante care s-ar putea dovedi într-o zi utilă pentru dispozitivele biomedicale, sau țesând țesături ușoare, dar puternice pentru Lycra naturală sau veste antiglonț, sau burghie industriale de lubrifiere care tind să se înfunde în sol și sedimente adânci. În 2016, un grup de cercetători elvețieni a studiat proprietățile neobișnuite ale fluidului de slime de hagfish, concentrându-se în mod special pe modul în care aceste proprietăți au oferit două avantaje distincte: ajutând animalul să se apere de prădători și legandu-se în noduri pentru a scăpa de propriul slime.

Slime de miincină este un fluid non-newtonian și este neobișnuit prin faptul că este atât de îngroșare prin forfecare, cât și de subțiere prin forfecare. Majoritatea prădătorilor de miingine folosesc hrănirea prin aspirație, care creează un flux unidirecțional de îngroșare prin forfecare, cu atât mai bine pentru a înfunda branhiile și a sufoca respectivii prădători. Dar dacă peștele de migurină trebuie să iasă din propriul slime, mișcările corpului său creează un flux de subțiere prin forfecare, prăbușind rețeaua de celule slim care alcătuiește slime.

Fudge a fost studiind peştele migurină și proprietățile slimei sale de ani de zile. De exemplu, în 2012, când era la Universitatea din Guelph, laboratorul lui Fudge recoltat cu succes slime de hagfish, a dizolvat-o în lichid și apoi a „întors” într-un fir puternic, dar elastic, la fel ca mătasea de filare. Este posibil ca astfel de fire să înlocuiască fibrele pe bază de petrol utilizate în prezent în căștile de protecție sau vestele Kevlar, printre alte aplicații potențiale. Și în 2021, echipa lui a constatat că slime produs de peștele mai mare conține celule mult mai mari decât slime produs de peștele mic – un exemplu neobișnuit de scalare a dimensiunii celulelor cu dimensiunea corpului în natură.

O soluție sedimentară

De data aceasta, echipa lui Fudge și-a îndreptat atenția către vizuinarea peștilor de migurină. Pe lângă faptul că a aruncat lumină asupra comportamentului reproductiv al peștelui miinghină, cercetarea ar putea avea și implicații ecologice mai largi. Potrivit autorilor, vizuinarea este un factor important în schimbarea sedimentelor, în timp ce ventilația vizuinii modifică chimia sedimentului astfel încât acesta ar putea conține mai mult oxigen. Acest lucru, la rândul său, ar modifica care organisme sunt susceptibile de a prospera în acel sediment. Înțelegerea mecanismelor de foraj ar putea ajuta, de asemenea, la proiectarea roboților moi.

Dar mai întâi echipa lui Fudge a trebuit să-și dea seama cum să vadă prin sediment pentru a observa comportamentul de vizuini. Alți oameni de știință care studiază diferite animale s-au bazat pe substraturi transparente, cum ar fi criolitul mineral sau hidrogelurile din gelatină, acestea din urmă fiind folosite cu succes pentru a observa comportamentul de vizuini al viermilor poliheți. Fudge şi colab. a optat pentru gelatină ca înlocuitor de sediment găzduit în trei camere acrilice transparente personalizate. Apoi au filmat comportamentul de smulgere a gelatinei a 25 de pești miingine selectați aleatoriu.

Acest lucru a permis lui Fudge et al. pentru a identifica două faze distincte de mișcare pe care le-a folosit peștele pentru a-și crea vizuinile în formă de U. În primul rând, este etapa „thrash”, în care peștele înoată viguros în timp ce își mișcă capul dintr-o parte în alta. Acest lucru nu numai că servește la propulsarea peștelui de migurină înainte, dar ajută și la tăierea gelatinei în bucăți. Acesta ar putea fi modul în care peștele miinginea depășește provocarea de a crea o deschidere în sediment (sau substrat de gelatină) prin care să se deplaseze.

Urmează faza de „scurcare”, care pare să fie alimentată de o „concordină internă” comună șerpilor. Presupune scurtarea și alungirea forțată a corpului, precum și exercitarea unor forțe laterale asupra pereților pentru a sprijini și lărgi vizuina. „Un șarpe care folosește mișcările concertinei va face progrese constante printr-un canal îngust sau prin vizuina, alternand valuri de alungire și scurtare”, au scris autorii, iar pielea slăbită a peștelui miingine este potrivită pentru o astfel de strategie. Faza de zbârcire durează până când peștele de migurină își scoate capul din substrat. Peștele miinginea a luat în medie aproximativ șapte minute sau mai mult pentru a-și finaliza vizuinile.

Desigur, există câteva avertismente. Pereții recipientelor acrilice ar putea să fi afectat comportamentul de vizuini în laborator sau forma finală a vizuinilor. Autorii recomandă repetarea experimentelor folosind sedimente din habitatul natural, implementând videografie cu raze X a peștilor miingine implantați cu markere radio pentru a capta mișcările. Mărimea corpului și tipul de substrat pot influența, de asemenea, comportamentul de vizuinări. Dar, în ansamblu, ei cred că observațiile lor „sunt o reprezentare exactă a modului în care peștii migurină creează și se mișcă în vizuini în sălbăticie”.

DOI: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (Despre DOI).