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黑鱼突破了细胞大小的限制,制造出大的粘液线

综合 时间:2021-10-01 13:01:09 匿名用户

加利福尼亚州奥兰治查普曼大学的一项新研究报告称,研究人员发现大型食人鱼生长超大的细胞是为了产生用于防御粘液的更强的线。

动物细胞通常不随身体大小而变化(只有极少数例外)。例如,老鼠和大象的肝细胞大小差别不大。此前对哺乳动物的研究表明,脑细胞和脂肪细胞可能会随着身体大小而发生显著变化,主要是因为它们具有长期功能,可以在不经历细胞分裂的情况下生长。

查普曼大学施密德科技学院副研究员、该研究的第一作者于增博士说:“我们的研究表明,动物细胞中存在已知的最大比例指数。”。“我们分析了海鳗腺体线细胞的大小,这些腺体线细胞形成丝状线,加强海鳗粘液,并发现它们随着体型的增大而增大。这意味着,在海鳗的进化树上,大型物种都能形成大型线细胞,尽管它们是远亲。”

当被捕食者攻击时,这些像鳗鱼一样的深海豹动物会喷出粘液和丝状物,迅速形成粘液,堵塞捕食者的嘴和鳃。这些线在黏液中形成网络,并赋予其力量。为了了解超级生物材料是如何在自然界进化的,并利用这些知识来启发工程,科学家们渴望了解更多关于黑鱼黏液的知识。 

在这项工作中,研究人员采集了19种大小不等的海鳗,其中许多是博物馆标本。他们开发了一个工作流程,从显微图像中测量许多线细胞的大小和形状,并将数据集与进化树相结合。这篇论文的两位合著者Skylar Petrichko和Kristen Nieders是两位本科生研究人员,他们参与了形态学数据的收集。最后,研究人员从87条10-80厘米长的黑鱼身上获得了11700多个细胞的测量数据。

与脊椎动物的其他细胞相比,螺纹细胞非常大。最大的脂肪细胞约250微米长,甚至比大象腹部的脂肪细胞还要大。不仅海鳗的线细胞比大多数细胞大,而且它们的大小也高度依赖于海鳗的身体大小。螺纹细胞显示出0.55的标度因子(身体大小的幂律标度指数),远大于脊椎动物中已知的最高细胞标度指数(哺乳动物脑细胞的指数为0.18)。

研究人员想找出为什么线细胞会长得这么大,并假设它与它们产生的线的机械性能上的选择性压力有关。他们开发了模型,根据直径和细胞体积估算螺纹的长度,发现在较大的细胞中,螺纹变得越来越厚,越来越长。“最大的海鳗,约120厘米长,可以使线4微米厚,约20厘米长,”余说。这一发现表明,较大的海鳗可能与较大的捕食者相互作用,因此需要抵御更强大的攻击。

该论文的主要研究者、资深作者道格拉斯·福吉博士说:“有几种方法可以使较大的鱼线对较大的海鳗有用。”。“较粗的线在断裂前可以承受更大的力,使黏液更强壮,更好地留在大型和强大的鱼类捕食者的鳃上。较长的线也有类似的好处,因为它们可以跨越大型捕食者鳃弓之间的较大距离。”

Yu说:“我们对哈鱼的行为生态学知之甚少,尤其是它如何随体型变化。我们的研究表明,体型依赖性与捕食者的相互作用导致了哈鱼防御粘液的深刻变化,这些变化可以在细胞和亚细胞水平上看到。”。

研究人员目前正在研究腺体丝细胞内丝的复杂发育过程。“我们希望找出每根线是如何在一个微小的细胞内形成一个复杂的结构的,”Yu说。

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