Conoce al humilde pez bruja, una criatura gris, fea y parecida a una anguila conocida cariñosamente como «mocos de serpiente«debido a su mecanismo de defensa único. El pez bruja puede liberar un litro completo de limo pegajoso de los poros ubicados en todo el cuerpo en menos de un segundo. Eso es suficiente para, por ejemplo, obstruir las branquias de un tiburón depredador, sofocando al futuro depredador. un nuevo rol publicado en la revista Current Biology informa que el limo producido por los peces bruja más grandes contiene células mucho más grandes que el limo producido por los peces brujos más pequeños, un ejemplo inusual de escalar el tamaño de las células al tamaño del cuerpo en la naturaleza.

Como nosotros previamente reportado, los científicos han sido estudiando limo de mixino durante años porque es un material tan inusual. No es como el moco, que se seca y se endurece con el tiempo. La baba de pez bruja permanece viscosa, lo que le da la consistencia de una gelatina semisólida. Esto se debe a las fibras largas y filiformes del limo, además de las proteínas y azúcares que forman la mucina, el otro componente principal. Estas fibras se enrollan en «madejas» que parecen bolas de lana. Cuando el pez bruja se libera con una inyección de sustancia viscosa, las madejas se desenredan y se combinan con el agua salada, explotando más de 10.000 veces su tamaño original.

Desde el punto de vista de los materiales, el limo de mixino es algo fascinante. En 2016, un grupo de investigadores suizos estudió las propiedades inusuales del fluido de baba de pez bruja, centrándose específicamente en cómo estas propiedades proporcionaban dos ventajas distintas: ayudar al animal a defenderse de los depredadores y atarse en nudos para escapar de su propia baba. Descubrieron que diferentes tipos de flujo de fluido afectan la viscosidad general del lodo. Un líquido que fluye es esencialmente una serie de capas que se deslizan unas sobre otras. Cuanto más rápido se desliza una capa sobre la otra, mayor es la resistencia y cuanto más lento es el deslizamiento, menor es la resistencia. Como yo escribió a gizmodo en el momento:

El limo de pez bruja es un ejemplo de un fluido no newtoniano en el que la viscosidad cambia en respuesta a una deformación o fuerza de corte aplicada. … La aplicación de una tensión o fuerza de corte aumentará la viscosidad, en el caso de la salsa de tomate, el pudín, la salsa o esa mezcla clásica de agua y maicena llamada «oobleck», o la disminuirá, como la pintura que no se escurre. fácilmente. pero se vuelve más viscoso cuando está en la pared.

La baba de pez bruja puede ser ambas cosas. Resulta que la alimentación por succión empleada por muchos de los depredadores del pez bruja crea un flujo unidireccional. La tensión alargada de este flujo de succión aumenta la viscosidad de la sustancia viscosa, para sofocar mejor a dichos depredadores obstruyendo las branquias. Pero cuando el pez bruja intenta escapar de su propio limo, su movimiento crea un flujo de dilución que en realidad reduce la viscosidad del limo, lo que facilita su escape. De hecho, la red viscosa colapsa rápidamente ante el flujo de reducción de cizallamiento.

Los científicos todavía están aprendiendo sobre el mecanismo preciso por el cual el pez bruja produce la sustancia viscosa. Trabajos previos han demostrado que el agua de mar es esencial para la formación de lodo y que las madejas de los mixinos pueden desenredarse espontáneamente si los iones en el agua de mar mezclan los adhesivos que mantienen las hebras fibrosas juntas en las madejas. Pero las escalas de tiempo también son importantes. Un estudio de 2014, por ejemplo, demostró que cualquier desenrollado espontáneo de las madejas tomaría varios minutos, pero los peces brujas liberan su baba en aproximadamente 0,4 segundos.

UN Papel 2019 en el Journal of the Royal Society Interface sugirió que el flujo de agua turbulenta (específicamente, el arrastre que produce la turbulencia) es un factor clave. El movimiento del agua cuando un depredador ataca ayuda a desencadenar la relajación. Las madejas tienen un cabo suelto; tirar de él desencadena el resultado. Pero arrastrar agua corriente mientras un depredador lucha hace que este proceso suceda aún más rápido.

Este nuevo artículo resume los últimos hallazgos de la investigación de Douglas Fudge, un biólogo marino de la Universidad Chapman que fue estudiando el pez bruja y las propiedades de tu baba durante años. Por ejemplo, en 2012, cuando estaba en la Universidad de Guelph, el laboratorio de Fudge[[» 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] condensarse con sus vecinos en una superestructura de fibra intracelular mucho más grande. «

Entonces, ¿qué tiene esta característica de escalamiento, y los subprocesos más grandes resultantes, que podría proporcionar una ventaja evolutiva? «Hay varias formas en las que los alambres más grandes pueden ser útiles para los peces bruja más grandes» dijo Fudge. “Las hebras más gruesas pueden resistir más fuerza antes de romperse y hacen que la baba sea más fuerte y más capaz de permanecer en las branquias de un pez depredador grande y poderoso. Las hebras más largas tienen un beneficio similar, ya que pueden abarcar mayores distancias entre los arcos branquiales de los grandes depredadores. “Las hebras más largas también tienen más probabilidades de producir mayores volúmenes de baba, lo que aumenta su uso como elemento de disuasión defensiva contra depredadores más grandes.

Los estudios futuros se centrarán en investigar cómo cada hilo empaqueta una estructura tan compleja en una celda diminuta, según Yu.

DOI: Biología actual, 2021. 10.1016 / j.cub.2021.08.066 (Acerca de DOS)