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爆炸海参肛门丝是一种新型材料

了解居维氏管如何让海参用粘性线网捕食者,展示独特的海洋适应性。

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给海参命名为“海参”的人低估了它的能力。是的,海参是软软的、疣状的管状生物,在海底盲目地爬行。但它们并非束手无策。有些海参会分泌一种对其他动物有毒的毒素。还有些海参在受到威胁时,会从肛门射出粘性线来缠住捕食者。研究人员收集了这些奇特的武器并在实验室进行了测试,发现了一种在海洋生物中独一无二的材料。海参用来捕捉敌人的线被称为居维氏管。在某些种类的海参体内,待命的居维氏管像没有生气的面条一样漂浮着。当受到威胁时,海参会收缩身体,在内壁撕开一个洞,然后从肛门射出几根这样的“面条”。这些线在接触海水时会立即伸展,长度可以达到原来的20倍,然后再变硬。当它们接触到表面时也会变得粘稠。理想情况下,这个表面是帕特里克·弗拉曼(Patrick Flammang)及其合著者所描述的“不明智的捕食者”。弗拉曼是比利时蒙斯大学的海洋生物学家,他和同事们研究了潜水员在法国海岸捕捞到的Holothuria forskali海参。研究人员通过捏海参的背部,并在水桶中收集射出的居维氏管来获取这些管。为了与伸长的管进行比较,他们还麻醉了一些海参,并将管从它们的体腔中剪了下来。未射出的管只有2厘米长,大约四分之三英寸。而射入水桶并发生变化的管则长约40厘米(15英寸)。研究人员将两种管都连接到一个牵引装置上,测量拉断它们所需的力。未射出的管非常具有弹性,可以伸长到初始长度的约6.5倍,然后再变硬并断裂。射出的管一开始就很坚硬。在显微镜下,研究人员详细观察了两种管的结构。他们在管内发现的一些细胞看起来很熟悉:它们与其他海洋生物在一种称为可变胶原组织(MCT)的材料中的细胞相似。这种组织在棘皮动物中很常见,棘皮动物是包括海星、海胆和海参在内的动物群体。但弗拉曼说,研究人员没想到在这里会看到 MCT,因为在其他物种中,这种组织的行为方式不同。有些 MCT 可以在柔软和坚硬之间快速切换,这有助于动物在海底爬行。另一些则从坚硬变为柔软,使海星等动物能够砍掉自己的手臂以逃避捕食者。但海参的管则相反:它们从柔软变为坚韧,而且不会恢复。科学家们再次测试了这些管,这次是为了寻找一种叫做张力蛋白(tensilin)的蛋白质。这是帮助 MCT 在其他生物体内变硬的蛋白质之一。弗拉曼说,海参的管中也发现了这种蛋白质——表明这是一种“全新”且“不寻常”的 MCT。这不仅对海洋中那些不明智的捕食者有意义。弗拉曼说,棘皮动物这种可变形的组织“已经启发”了“智能”自适应材料的设计。工程师可以利用海参的技术来创造新的、在我们需要的时改变形状的物质。这和蔬菜一点关系都没有。图片由 Jerome Delroisse 提供。

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