Wie Schleimaale sich in Tiefseesedimenten graben

Der bescheidene Schleimaal ist ein hässliches, graues, aalähnliches Wesen, das für seine Fähigkeit bekannt ist, eine Wolke aus klebrigem Schleim auf ahnungslose Raubtiere loszulassen, seine Kiemen zu verstopfen und diese Raubtiere zu ersticken. Deshalb wird es liebevoll „Schlangenrotz„Hassfische graben sich auch gerne in Tiefseesedimenten ein, aber Wissenschaftler konnten nicht genau beobachten, wie sie das machen, weil die trüben Sedimente die Sicht versperren.“ Um diese Herausforderung zu meistern, haben Forscher der Chapman University einen speziellen Tank aus transparenter Gelatine gebaut und erhalten Sie ein vollständiges Bild ihres Grabverhaltens, so A Neues Papier Veröffentlicht im Journal of Experimental Biology.

„Wir wissen seit langem, dass Schleimaale sich in weichem Sediment eingraben können, aber wir hatten keine Ahnung, wie sie das machten.“ sagte Co-Autor Douglas Fudgeein Meeresbiologe, der Er leitet das Labor In Chapman widmete er sich der Erforschung von Schleimaellen. „Indem wir lernten, wie man Schleimaale dazu bringt, sich freiwillig in klare Gelatine einzugraben, konnten wir einen ersten Blick auf diesen Prozess werfen.“

Wie bereits erwähnt, waren es Wissenschaftler Untersuchung des Schleims von Schleimaalen Seit Jahren, weil es ein ungewöhnliches Material ist. Es ist nicht wie Schleim, der mit der Zeit austrocknet und hart wird. Der Schleim des Schleimfisches bleibt klebrig und verleiht ihm die Konsistenz von halbgehärteter Gelatine. Dies ist auf das Vorhandensein langer, fadenförmiger Fasern im Schleim sowie auf die Proteine ​​und Zucker zurückzuführen, aus denen Mucin, der andere Hauptbestandteil, besteht. Diese Fasern werden zu „Büscheln“ verdreht, die an Garnknäuel erinnern. Wenn ein Schleimaal eine Dosis klebriger Substanz abgibt, lösen sich die Fäden, verbinden sich mit dem Salzwasser und explodieren um mehr als das 10.000-fache ihres ursprünglichen Volumens.

Aus materieller Sicht ist Schleim von Schleimfischen ein faszinierendes Material, das sich eines Tages als nützlich für biomedizinische Geräte erweisen könnte, zum Weben von leichten, aber starken Stoffen für natürliches Lycra oder kugelsichere Jacken oder zum Schmieren von Industriebohrern, die in tiefen Böden und Sedimenten dazu neigen, sich zu verstopfen. Im Jahr 2016 hat eine Gruppe Schweizer Forscher Er untersuchte die Eigenschaften ungewöhnlicher Flüssigkeiten Ausgehend vom Schleim des Schleimaales, mit besonderem Schwerpunkt darauf, wie diese Eigenschaften zwei entscheidende Vorteile bieten: Sie helfen dem Tier, sich gegen Raubtiere zu verteidigen, und verknoten sich, um seinem eigenen Schleim zu entkommen.

Hagfish-Schleim ist eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit und ist insofern ungewöhnlich, als er von Natur aus scherdick und scherdünn ist. Die meisten Schleimaale-Raubtiere nutzen die Saugfütterung, wodurch ein dicker, unidirektionaler Scherfluss entsteht, der die Kiemen besser blockiert und die Raubtiere erstickt. Aber wenn der Schleimaal aus seinem eigenen Schleim herauskommen muss, erzeugen seine Körperbewegungen einen dünnen Fluss, der das Netzwerk aus klebrigen Zellen, aus denen der Schleim besteht, zum Einsturz bringt.

Es war Blödsinn Studie über Schleimaale Und die Eigenschaften seines Schleims seit Jahren. Zum Beispiel im Jahr 2012, als er an der University of Guelph in Fudges Labor war Erfolgreich geerntet Hagfish-Schleim, in einer Flüssigkeit aufgelöst und dann zu einem starken, aber dehnbaren Faden „gesponnen“, ähnlich wie beim Spinnen von Seide. Diese Filamente könnten möglicherweise erdölbasierte Fasern ersetzen, die derzeit unter anderem in Schutzhelmen oder Kevlar-Westen verwendet werden. Und im Jahr 2021 sein Team Fand es Der vom größeren Schleimaal produzierte Schleim enthält viel größere Zellen als der vom kleineren Schleimaal produzierte Schleim – ein ungewöhnliches Beispiel dafür, dass die Zellgröße in der Natur mit der Körpergröße zunimmt.

Sedimentlösung

Dieses Mal konzentrierte sich Fudges Team auf das Graben von Schleimaalen. Die Forschung könnte nicht nur Aufschluss über das Fortpflanzungsverhalten von Schleimaellen geben, sondern auch umfassendere ökologische Auswirkungen haben. Laut den Autoren ist das Graben ein wichtiger Faktor bei der Sedimentzirkulation, während die Belüftung des Baues die Chemie des Sediments verändert, sodass es mehr Sauerstoff enthalten kann. Dies wiederum würde die Organismen verändern, die in diesen Sedimenten wahrscheinlich gedeihen. Das Verständnis der Grabmechanismen kann auch bei der Entwicklung weicher Grabroboter hilfreich sein.

Aber zuerst musste Fudges Team herausfinden, wie man durch das Sediment hindurchschauen kann, um das Grabverhalten zu beobachten. Andere Wissenschaftler, die verschiedene Tiere untersuchten, stützten sich auf transparente Substrate wie mineralisches Kryolith oder Gelatine-Hydrogele, wobei letzteres erfolgreich zur Beobachtung des Verhaltens von Polychaetenwürmern eingesetzt wurde. Unsinn et al. Sie entschied sich für Gelatine als Ersatz für das Sediment, das in drei speziell angefertigten Räumen aus klarem Acryl untergebracht war. Anschließend filmten sie das Gelatine-Grabverhalten von 25 zufällig ausgewählten Schleimaalen.

Dies ermöglichte es Fudge et al. Um zwei unterschiedliche Bewegungsphasen zu identifizieren, die Schleimaale nutzen, um ihre U-förmigen Höhlen zu bauen, gibt es zunächst die „pickende“ Phase, in der der Schleimaale kräftig schwimmt und dabei seinen Kopf hin und her bewegt. Dies treibt den Schleimaal nicht nur vorwärts, sondern hilft auch dabei, die Gelatine in Stücke zu brechen. Auf diese Weise meistert der Schleimaal möglicherweise die Herausforderung, eine Öffnung im Sediment (oder im gallertartigen Substrat) zu schaffen, durch die er sich bewegen kann.

Als nächstes kommt die „Winde“-Phase, die offenbar durch eine „innere Ziehharmonika“ unterstützt wird, die bei Schlangen häufig vorkommt. Dabei wird der Körper gewaltsam verkürzt und verlängert, außerdem werden seitliche Kräfte auf die Wände ausgeübt, um den Bau zu stützen und zu erweitern. „Eine Schlange, die stachelige Bewegungen ausführt, wird stetig durch einen schmalen Kanal vorankommen oder sich durch abwechselnde Wellen der Verlängerung und Verkürzung graben“, schrieben die Autoren, und die lockere Haut des Schleimaales eignet sich gut für eine solche Strategie. Die Ausweichphase dauert an, bis der grabende Schleimaal seinen Kopf aus dem Substrat herausstreckt. Der Schleimaal brauchte durchschnittlich etwa sieben Minuten oder länger, um seinen Bau fertigzustellen.

Natürlich gibt es einige Vorbehalte. Die Wände des Acrylbehälters haben möglicherweise das Grabverhalten im Labor oder die endgültige Morphologie der Höhlen beeinflusst. Die Autoren empfehlen, die Experimente mit Sedimenten aus natürlichen Lebensräumen zu wiederholen und Röntgenvideoaufnahmen von Schleimaalen durchzuführen, denen Funkmarken zur Erfassung von Bewegungen implantiert wurden. Auch die Körpergröße und die Art des Untergrunds können das Grabverhalten beeinflussen. Aber insgesamt glauben sie, dass ihre Beobachtungen „eine genaue Darstellung davon sind, wie Schleimaale wachsen und sich in Höhlen in freier Wildbahn bewegen“.

DOI: Journal of Experimental Biology, 2024. 10.1242/jeb.247544 (Über digitale IDs).