Hogyan fúródik a halak a mélytengeri üledékekben

A szerény hagfish egy csúnya, szürke, angolnaszerű lény, amely arról ismert, hogy ragadós iszapfelhőt szabadít fel a gyanútlan ragadozókra, eltömíti kopoltyúit és megfojtja az említett ragadozókat. Ezért hívják szeretettel „Kígyó takony„A halak a mélytengeri üledékekben is szeretnek kotorászni, de a tudósok nem tudták pontosan megfigyelni, hogyan teszik ezt, mert a zavaros üledékek eltakarják a kilátást.” és teljes képet kaphat az üreges viselkedésükről A szerint Új lap Megjelent a Journal of Experimental Biology folyóiratban.

„Régóta tudjuk, hogy a halak a puha üledékben is befurakodhatnak, de fogalmunk sem volt, hogyan csinálják.” – mondta a társszerző, Douglas Fudgetengerbiológus, aki Ő vezeti a laboratóriumot Chapmannél a halak tanulmányozásának szentelte magát. „Azáltal, hogy megtanultuk, hogyan kell a halat önként átlátszó zselatinba fúrni, először láthattuk ezt a folyamatot.”

Mint korábban említettük, a tudósok az Hagfish iszap tanulmányozása Évek óta, mert szokatlan anyag. Nem olyan, mint a nyálka, amely idővel kiszárad és megkeményedik. A hal nyálka ragadós marad, így a félig megkeményedett zselatin állagát adja. Ennek oka az iszapban található hosszú, fonalszerű rostok, valamint a mucint, a másik fő komponenst alkotó fehérjék és cukrok. Ezeket a szálakat „csomókba” csavarják, amelyek fonalgolyókhoz hasonlítanak. Amikor a halak egy adag ragacsos anyagot bocsátanak ki, a szálak letekerednek, és egyesülnek a sós vízzel, és az eredeti térfogatuk több mint 10 000-szeresét felrobbanják.

Anyagok szempontjából a hagfish nyálka lenyűgöző anyag, amely egy napon hasznosnak bizonyulhat orvosbiológiai eszközökben, könnyű, de erős szövetek szövésében természetes Lycra vagy golyóálló kabátokhoz, vagy olyan ipari fúrók kenésére, amelyek hajlamosak eltömődni a mély talajban és üledékben. 2016-ban svájci kutatók egy csoportja Tanulmányozta a szokatlan folyadékok tulajdonságait A halak iszapjából, különös hangsúlyt fektetve arra, hogy ezek a tulajdonságok két különálló előnnyel rendelkeznek: segítik az állatot megvédeni magát a ragadozóktól, és csomókba kötik magukat, hogy elkerüljék saját nyálkahártyáját.

A hagfish nyálka nem newtoni folyadék, és szokatlan, mivel nyírási vastagságú és nyírási vékonyságú. A legtöbb hagfish ragadozó szívótáplálást használ, így vastag, egyirányú nyíróáramlást hoz létre, amely jobban elzárja a kopoltyúkat és megfojtja az említett ragadozókat. De ha a haghalnak ki kell szabadulnia saját gödöréből, testmozgásai vékony áramlást hoznak létre, összeomolva a ragacsos sejtek hálózatát, amelyek a gunkot alkotják.

Ez baromság volt Hagfish tanulmányozása És a nyálka tulajdonságai évek óta. Például 2012-ben, amikor a Guelph Egyetemen, Fudge laborjában járt Sikeres betakarítás Hagfish nyálka, folyadékban feloldva, majd erős, de rugalmas cérnává „pörögve”, hasonlóan a forgó selyemhez. Ezek a szálak potenciálisan helyettesíthetik a jelenleg a védősisakokban vagy Kevlar mellényekben használt kőolajalapú szálakat, többek között más lehetséges alkalmazások mellett. 2021-ben pedig a csapata Találtam A nagyobb halak által termelt iszap sokkal nagyobb sejteket tartalmaz, mint a kisebb halak által termelt iszap – ez egy szokatlan példa a természetben a testmérettel növekvő sejtméretre.

Üledékes oldat

Ezúttal Caramel csapata a halak ásására fordította figyelmét. Amellett, hogy rávilágít a halak szaporodási viselkedésére, a kutatásnak szélesebb körű ökológiai vonatkozásai is lehetnek. A szerzők szerint az üregesedés fontos tényező az üledékforgalomban, míg az odús levegőztetés megváltoztatja az üledék kémiáját, így az több oxigént tartalmazhat. Ez viszont megváltoztatná azokat a szervezeteket, amelyek valószínűleg boldogulnak ezekben az üledékekben. A burrowing mechanizmusok megértése szintén segíthet a puha ásó robotok tervezésében.

De először Caramel csapatának ki kellett találnia, hogyan lehet átlátni az üledéken, hogy megfigyelhesse az üreges viselkedést. Más tudósok, akik különböző állatokat tanulmányoztak, átlátszó szubsztrátumokra támaszkodtak, mint például ásványi kriolit vagy zselatin hidrogélek, amelyek közül az utóbbit sikeresen alkalmazták a többsejtű férgek viselkedésének megfigyelésére. Nonsense et al. A zselatint választotta a három egyedi átlátszó akril helyiségben elhelyezett üledék helyettesítésére. Ezután lefilmezték 25 véletlenszerűen kiválasztott rétihal zselatin burkolási viselkedését.

Ez lehetővé tette Fudge et al. Annak érdekében, hogy azonosítsuk a halak által U-alakú üregek létrehozásához használt két különböző mozgási fázist, a „csípős” fázis, amelyben a halak erőteljesen úsznak, miközben a fejét egyik oldalról a másikra mozgatják. Ez nem csak a halat mozgatja előre, hanem segít a zselatin darabokra törésében is. Lehetséges, hogy a halak így legyőzik azt a kihívást, hogy nyílást hozzon létre az üledékben (vagy kocsonyás szubsztrátumban), amelyen át tud mozogni.

Következik a „tekervényes” fázis, amelyet a jelek szerint a kígyóknál gyakori „belső hangszín” támogat. Ez magában foglalja a test erőteljes megrövidítését és meghosszabbítását, amellett, hogy oldalirányú erőket fejt ki a falakra, hogy alátámassza és bővítse az odút. „A szöges mozdulatokat használó kígyók egyenletesen haladnak át egy keskeny csatornán, vagy fúródnak át a megnyúlás és a megrövidülés váltakozó hullámain” – írták a szerzők, és a hal laza bőre kiválóan alkalmas egy ilyen stratégiához. Az elkerülési fázis addig folytatódik, amíg az üreges hal ki nem dugja a fejét az aljzatból. Átlagosan hét vagy több percbe telt, amíg a halnak sikerült befejeznie az üregét.

Természetesen van néhány figyelmeztetés. Az akril tartály falai befolyásolhatták a laboratóriumi ürítési viselkedést vagy az üregek végső morfológiáját. A szerzők azt javasolják, hogy a kísérleteket megismételjék természetes élőhelyek üledékével, és röntgen-videófelvételt készítsenek a rádiójelekkel beültetett halak mozgásáról. A test mérete és az aljzat típusa szintén befolyásolhatja az üregesedési viselkedést. Összességében azonban úgy vélik, hogy megfigyeléseik „pontosan tükrözik, hogyan szaporodnak és mozognak a vadhalak odúiban a vadonban”.

doi: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (A digitális azonosítókról).