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

Como nosotros tenemos previamente reportado, los científicos han sido estudiar 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 gelatina semisolidada. Esto se debe a las fibras largas y filiformes presentes en el lodo, además de las proteínas y azúcares que forman la mucina, el otro componente principal. Estas fibras terminan en «madejas» que parecen bolas de lana. Cuando el hagfish se suelta con una baba, los enredos se desenredan y se combinan con el agua salada, detonando más de 10,000 veces su tamaño original.

Desde el punto de vista material, el limo de mixino es fascinante. En 2016, un grupo de investigadores suizos estudió las propiedades inusuales de los fluidos baba de hagfish, centrándose específicamente en cómo estas propiedades proporcionaban dos beneficios distintos: ayudar al animal a defenderse de los depredadores y hacer nudos para escapar de su propia baba. Descubrieron que diferentes tipos de flujo de fluido afectan la viscosidad general de la lechada. Un líquido que fluye es esencialmente una serie de capas que se deslizan unas sobre otras. Cuanto más rápido se desliza una capa sobre otra, más resistencia hay, y cuanto más lento es el deslizamiento, menos resistencia hay. Como yo escrito para Gizmodo en la época:

La lechada de hagfish es un ejemplo de un fluido no newtoniano, en el que la viscosidad cambia en respuesta a la tensión aplicada o la fuerza de corte. … La aplicación de una fuerza 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 una pintura que no gotea que se aplica fácilmente. pero se vuelve más viscoso una vez en la pared.

La baba de pez bruja puede ser ambas cosas. Resulta que la alimentación por succión empleada por muchos depredadores del pez bruja crea un flujo unidireccional. El estrés prolongado de este flujo de succión aumenta la viscosidad del pegamento 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 cortante que en realidad reduce la viscosidad del limo, lo que facilita su escape. De hecho, la red viscosa colapsa rápidamente ante un flujo relámpago.

Los científicos todavía están aprendiendo 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 sedimentos y que las madejas de las brujas pueden desmoronarse espontáneamente si los iones en el agua de mar mezclan los adhesivos que mantienen unidos los hilos fibrosos en los nudos. Pero los plazos también importan. Un estudio de 2014, por ejemplo, mostró que cualquier desenredo espontáneo de los enredos tomaría varios minutos, pero el pez bruja despliega su baba en aproximadamente 0,4 segundos.

A papel 2019 en el Journal of the Royal Society Interface sugirió que el flujo turbulento del agua (en particular, el arrastre que produce esta turbulencia) es un factor crítico. El movimiento del agua circundante durante los ataques de un depredador ayuda a desencadenar el despliegue. Las madejas tienen un extremo libre; tirar de él desencadena el deshilachado. Pero el rastro del agua que fluye mientras un depredador lucha hace que este proceso sea aún más rápido.

Este nuevo artículo resume los hallazgos de la última investigación de Douglas Fudge, un biólogo marino de la Universidad Chapman que fue estudiar el pez bruja y las propiedades de su 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] condensar con sus vecinos en una superestructura de fibra intracelular mucho más grande. «

Entonces, ¿qué podría esta característica de escala (y los subprocesos más grandes resultantes) proporcionar una ventaja escalable? «Hay varias formas en las que los hilos más grandes pueden ser útiles para los peces bruja más grandes». dijo Fudge. “Los hilos más gruesos pueden soportar más fuerza antes de romperse y hacen que la baba sea más fuerte y pueda permanecer mejor en las branquias de un depredador de peces grande y poderoso. Los alambres más largos tienen una ventaja similar, ya que pueden extender mayores distancias entre los arcos branquiales de grandes depredadores. Los alambres más largos también tienen más probabilidades de producir mayores volúmenes de lodo, lo que mejora su uso como elemento disuasorio contra depredadores más grandes.

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

DOI: biología actual, 2021. 10.1016 / j.cub.2021.08.066 (Acerca de los DOI).