Cheryl Hayashi: Madhështia e fijes së merimangës

Jam këtu për të përhapur fjalën rreth madhështisë së merimangave dha sa shumë mund të mësojmë nga to. Merimangat janë me të vërtetë shtetas globalë. Ju mund ti gjeni merimangat në çdo habitat tokësor. Pika e kuqe shënon Ultësirën e Madhe të Amerikës veriore dhe unë jam përfshirë në një projekt mbi biodiversitetin alpin me disa bashkëpuntorë. Ja një nga terrenet tona të kërkimit, dhe për ti dhënë një ide të perspektivës kjo njollë blu këtu, është një nga bashkëpuntorët e mi. Kjo është një peizazh i thyer dhe i zhveshur, dhe ende ka disa lloje merimangash këtu. Ndërsa ngrinim gurët gjetëm këtë merimangë gaforre duke u ndeshur me një brumbull.

Merimangat nuk janë vetëm kudo, por ato janë tejet të ndryshme. Ka mbi 40.000 lloje specie të kataloguara të merimangave. Për të vënë këtë numër në perspektivë, këtu është një grafik krahasues i 40.000 specieve të merimangave ndaj 400 specieve të primatëve. Ka dy renditje madhësie më shumë të merimangave se të primatëve. Merimangat janë gjithashtu shumë të vjetra. Këtu në fund, është shkalla e kohës gjeologjike dhe numrat mbi të shënojnë miliona vjet nga koha e sotme, pra ja tek është zero, që është sot. Pra, çfarë kjo shifër tregon është se merimangat datojnë pothuajse 380 milion vjet. Për t'ju dhënë idenë, kollona e kuqe këtu shënon momentin e divergjencës të njerëzve nga shimpazetë, janë vetëm 7 milion vjetë.

Të gjitha merimangat prodhojnë fije merimange në një moment të jetës së tyre. Shumica e tyre përdorin sasi të bollshme të fijes fije që është thelbësore për mbijetesën e tyre dhe shumimin e tyre. Deri edhe merimangat fosile mund të prodhonin fije, siç mund ta shohim nga kjo figurë praninë e një gjëndre pishmange në këtë fosil. Pra kjo do të thotë që merimangat dhe fija e tyre ekzistojnë që prej 380 milion vjetësh. Nuk duhet shumë kohë e gjatë punë me merimangat për të vënë re se sa thelbësor është fija në lidhje me çdo aspekt të jetës së tyre. Merimangat përdorin fijen për shumë qëllime, duke përfshirë kavon e siguresës për tu zvarritur, mbështjellin vezët për tu shumuar, streha mbrojtëse dhe për gjueti.

Ka shumë lloje fije merimange. Për shembull, kjo merimangë kopshti mund të prodhojë shtatë lloje fije mëndafshti merimange. Kur ju vëreni në këtë rrjetë merimange, në të vërtetë shihni disa lloje të fibrave mëndafshti merimange. Korniza dhe rrezet e kësaj rrjete merimange janë bërë me të njëjtin material, ndërsa spirali për kapjen e preve ka një përbërje prej dy lloje mëndafshti merimange: filamenti dhe pika ngjitëse. Si mundet që një merimangë e vetme të prodhojë kaq shumë lloje të mëndafshi? Për të marë përgigje, ju duhet të shikoni shumë më afër në zonën tjerrëse të një merimange. Pra mëndafshi del nga gjendrat tjerrëse, ato që ne biologët e mëndafshit të merimangës, kjo ështe ajo që në e quajmë "tyta pushkës" e merimangës. (Të qeshura) Ne kalojnë ditë të gjata ... Hej! Mos qeshni. Kjo është jeta ime. (Të qeshura) Ne kalojmë ditë të tëra dhe netë duke fiksuar me sy këtë pjesë të merimangës. Dhe kjo është ajo që shohim. Ju mund të shihni fibra shumëllojëshe që dalin prej gjëndrave prodhuese të fijeve pasi çdo gjëndër ka brenda saj shumë gypa. Secila nga këto fibra del nga një gyp, dhe nëse i ndiqni fijen mbrapsht brenda merimangës, ju do të gjeni çdo gyp është i lidhur me gjëndrën e vet Gjendra sekretuese ngjan me një qeskë të vogël plot me proteina mëndafshi brenda saj. Pra, nëse ju ndonjëherë të keni mundësi ta disektoni për analizë një merimangë që thur rrjetën në formë orbitale dhe unë shpresoj për ju, ajo që do të gjeni është një bollëk gjëndrash të bukura dhe tejdukshme mëndafshi.

Brenda çdo merimange, gjenden qindra gjendra mëndafshi, ndonjëherë mijëra. Ato mund të grupohen në shtatë kategori. Ata ndryshojnë në madhësi, formë, dhe ndonjëherë edhe në ngjyra. Tek merimanga me rrjetë në formë orbitale ju mund të gjeni shtatë lloje të gjëndrave të mëndafshta dhe ajo që unë kam përshkruar në këtë foto -- fillojnë në orën një, po ti krahasojmë me fushën e sahatit këto gjendra në formë tubi, të cilat përdoren për të prodhuar mbështjelljen e jashtme të një qeske veze. Janë gjëndrat e mëndafshit të agreguar dhe flagelliform, të cilat kombinohen për të bërë ngjitëse spiralen që kap gjahun në rrjetë. Gjëndrat piriforme shërbejnë për ngjitjen e cimentos -- ky është mëndafshi që shërben të bashkëngjisë fijet me nën shtresën. Është gjithashtu edhe mëndafshi aciniform, i cili përdoret për të mbështjellë prenë. Mëndafshi ampullac i vogël përdoret për thurjen e rrjetës. Dhe fija e mëndashti që studiohet më shumë nga të gjithë këto: mëndafshi ampulac i madh. Është mëndafshi përdoret për të bërë të kronizën dhe rrezet e rrjetës dhe gjithashtu fijet e sigurisë për tu zvarritur.

Por çfarë është saktësisht mëndafshi merimangës? Mëndafshi i merimangës është pothuajse tërësisht proteinë. Pothuajse të gjitha këto proteina mund të shpjegohen nga një familje e vetme gjeni, që do të thotë se diversiteti në llojet e mëndafshit të vërejtur sot është koduar nga familja e një gjeni të vetëm. kështu me sa duket paraardhësi origjinal i merimangës prodhonte vetëm një lloj mëndafshi dhe gjatë 380 milion viteve të fundit gjeni i vetëmi mëndafshit u dyfishua dhe pastaj u degëzua, specializua, shumë e shumë herë, për të patur një larmi të gjërë të llojeve të mëndafshit të merimangës të sotëm. Ka disa karakteristika që të gjithë të këta mëndafshe kanë të përbashkët. Ata të gjithë kanë të njëjtën formë, kështu që ata janë shumë të gjatë -- ata kanë disi një gjatësi të pazakontë në krahasim me proteinat e tjera. Ata janë shumë të përsëritur, dhe janë shumë të pasur me aminoacid të glicinës dhe alanine. Për t'ju dhënë idenë e saj një proteinë e mëndafshit të merimangës, Kjo është proteina e kavos së zvarritjes, kjo është vetëm një pjesë -- nga e veja e zezë. Kjo është lloji i renditjes që unë dua të shoh natë e ditë. (Të qeshura)

Pra, ajo që ju shihni këtu është shkurtimi me një gërmë i aminoacideve, dhe kam ngjyrosur glicinën me të gjelbër, dhe alaninet me të kuqe, pra ju mund të shihni plot gërma G dhe A. Ju gjithashtu mund të shihni se ka shumë sekuenca të shkurtra të modeleve që përsëriten pa pushim për shembull, ka shumë e të ashtuquajturave polyalanines, ose A të përsëritura, AAAAA. Ka GGQ. Ka GGY. Ju mund të shihni këto motive të shkurtra që janë përsëritur përsëri dhe përsëri si fjalë, dhe nga këto fjalë shfaqet në fjali. Për shembull, kjo do të ishte një fjali, dhe ju do të keni këtë lloj të zonës së gjelbër dhe polianalijën e kuqja, që përsëriten shumë e shumë herë të tjera, dhe ju mund të keni këtë dhe qindra qindra e qindra herë brenda një molekule të vetme të mëndafshit.

Mëndafshi i prodhuar nga e njëjta merimangë mund të ketë sekuenca të përsëritura rrënjësisht të ndryshme. Në krye të ekranit, ju shihni formën e një njësie të përsëritur të fijes së siguresës të një merimange kopshti. Është e shkurtër. Dhe në fund, kjo është sekuenca e përsëritur për veshjen e vezës, apo proteinë mëndafshi tubuliforme, pikërisht për të njëjtën merimangë. Dhe ju mund të shihni si këto proteina mëndafshi janë rrënjësisht të ndryshme -- në një farë mënyre, kjo është bukuria e diversifikimit e gjenit të familjes së mëndafshti merimangës. Ju mund të shihni se njësi të përsëritura ndryshojnë në gjatësi. Ata gjithashtu ndryshojnë në sekuenca e tyre. Pra nëse i ngjyros glicidëd përsëri me të blertë, alalinën me të kuqë dhe serinat, gërma S, me të purpurt. Dhe ju mund të shihni që njësia e përsëritur sipër mund të shjegohet krejtësisht e gjelbër dhe e kuqe, dhe njësia përsëritur në pjesën e poshtme ka një sasi të konsiderueshme të purpurta. Ajo që ne biologët bëjmë është të lidhim këto sekuenca, sekuenca të aminoacideve, më vetitë mekanikë të fibrës së mëndafshit.

Tani është me të vërtetë praktike që merimangat përdorin mëndafshin e tyre plotësisht jashtë trupit të tyre. Kjo e bën testimin e mëndafshit të merimangës shumë të lehtë për ta bërë në laborator, për shkak në fakt, e dini, ne po e testojmë atë në ajër që është pikërisht ambienti ku merimangat përdorin proteinat e tyre të mëndafshit. Pra kjo bën përcaktimin e sasisë së proteinave me metoda të tilla si testimi i rezistencës së elasticitetit, i cili është thjesht, ju e dini, tërheqja nga fundi i fijes, shumë e përshtatshme. Shihni kurbën e stresit dhe të tensionit e gjeneruar nga testimi i rezistencës së elasticitetit pesë fijë të prodhuara nga e njëjta merimangë. Pra ç'mund të shihni këtu është ajo që pesë fijet kanë sjellje të ndryshme. Në mënyrë të veçantë, nëse shikoni në boshtin vertikal, ky është stresi. Nëse ju shikoni në vlerën maksimale të stresit për secilën nga këto fije, ju mund të shihni se ka shumë ndryshim, dhe në fakt kavoja, apo mëndafshi i merimangës të familjes ampulace të madhe është më rezistente e këtyre fibrave. Ne besojmë që kjo është për shkak se mëndafshi i kavos i cili përdoret për të bërë kornizën dhe rrezet e rrjetës, duhet të jetë shumë rezistente..

Nga ana tjetër, në qoftë se ju do të shikoni në tendosje -- kjo është sa një fije mund të zgjatet - nëse ju shikoni në vlera maksimale këtu, përsëri, nuk ka shumë ndryshim dhe fitues i qartë është fija frageliformë, apo fija në formë spirale i përdorur për kapjen e gjahut. Në fakt, fibra frageliforme mund të tendoset dyfishin e gjatësisë së tij origjinale. Pra fibra mëndafshi ndryshojnë nga forca dhe gjithashtu nga zgjateshmëria tyre. Në rastin spirales së kapjes së gjahut, ajo duhet të jetë i zgjatueshëm për të absorbuar përplasjen me prenë fluturuese. Nëse ajo nuk mund të shtrihet sa më shumë, afërsisht kur një insekt godet rrjetën, ai do të kërcejë drejtë në të, si në një trampoline. Pra, nëse rrjeta është bërë tërësisht nga mëndafshi i kavos, një insekt ka shumë ngjasë që vetëm të kërcejë menjëherë prapa. Por, duke pasur një spirale me të vërtetë, shumë elastike, rrjeta e merimangës është faktikisht e aftë të absorbojë përplasjen e presë se zënë në rrjetë.

Ka shumë ndryshim midis fijeve që një merimangë e vetme mund të prodhojë. Ne e quajmë atë çanta e veglave të merimangës. Kjo është ajo që merimanga ka për të bashkëvepruar me mjedisin e vet. Por si është variacioni midis specieve, pra studimi i të njëjtës lloj fije merimange tek speciet e ndryshme të merimangave? Kjo është një fushë studimi kryesisht e pashkelur por kam pak të dhëna që mund t'ju demonstroj juve. Ky është krahasimi i ashpërsisë i fijes së cavos të 21 specieve të ndryshme merimangash. Disa nga to janë merimanga që thurin rrjeta orbitale dhe disa që thurin rrjeta jo orbitale. Ka hipoteza që merimangat me rrjetë orbitale, si argiopa këtu, duhet të kenë fijen e kavos më të ashpër pasi ato gjuajnë pretë fluturuese. Çfarë ju shihni këtu në këtë grafik të nivelit të ashpërsisë është pika e zezë më e lartë në grafik, më e larta është më e ashpra.

21 llojet janë shënuar këtu nga kjo pemë filogjenike e evolucionit, që tregon marrëdhëniet gjenetike dhe kam ngjyrosur me të verdhë merimangat me rrjetë orbitale. Nëse ju duket e drejtë këtu në dy shigjeta të kuqe, ata theksojnë vlerat e fuqisë për kavon e nefila klaptives dhe të araneus didematus. Këto janë dy lloje specie merimangash për të cilat është dedikuar pjesa më e madhe e kohës dhe e parave në kërkimet për realizimin e mëndafshit të merimangës sintetic për të replikuar proteinat e fijes së kavos. Megjithatë, cavot e tyre nuk janë më të rezistentet. Në fakt, cavoja më rezistente në këtë studim është këtu në pjesën e bardhë, një merimangë me rrjetë jo orbitale. Kjo është fija e cavos së skitodës merimanga që pështyn. Skitodat në fakt nuk përdorin rrjetë për të zënë pretë. Megjitatë, skitodat vihen në pritje të fshehur që preja ti afrohet dhe e zë insektin duke e spërkatur me një helm të ngjashëm me mëndafshin. Imagjioni të shkoni për gjah vetëm me litarë. Me këtë mënyrë skitoda ushqehet. Ne nuk e dimë ekzaktësisht pse skitoda ka nevojë për një fije kavoje kaq rezistente, por janë rezultatet e papritura si kjo që e bëjnë bioprospektivën kaq emocionuese dhe me merita. Ai na liron nga kufizimet e imagjinatës tonë.

Tani do ju tregoj vlerat më rezistuese të fijes së nailonit, fija e bombiksit -- apo mëndafshi i krimbit të mëndafshit -- leshi, kevlari dhe fibrat e karbonit. Dhe çfarë ju mund të shihni është se gati të gjitha tejkalohen nga fija e merimangës. Është një kombinim i forcës, zgjateshmërisë dhe rezistenzës që e bëjnë fijen e merimangës kaq speciale, dhe kjo ka tërhequr vëmendjen e biomimeticistëve, pra persona që drejtohen tek natyra dhe mundohen të gjejnë zgjidhje të reja. Dhe, forca zgjateshmëria dhe rezistenca e mëndafshit të merimangës, kombinuar me faktin se mëndafshi nuk jep përgjigje imunitare kanë tërhequr mjaft interes në përdorimin e fijes së merimangës në aplikimet biomjekësore, për shembull, si një komponent i indeve lidhore artificale, për të shërbyer si udhëzues për rigjenerimin e nervave dhe mbështetje për rritjen e indeve.

Fija e merimangës ka gjithashtu shumë potencial për aftësitë e tyre antibalistike. Mëndafshi mund të inkorporohet në trup dhe në pajisjet e blindateve që mund të jenë më të lehtë dhe i përkulshëm se çdo blindat i disponueshëm sot. Përveç këtyre aplikacioneve biomimetike e fijes së merimangës, personalisht, unë e gjej studimin e fijes së merimangës thjesht interesante në vetvete. Më pëlqen shumë kur jam në laborator, vjen një sequencë e re e fijes së merimangës. Kjo është më e mira. (Të qeshura) Është sikur fija e merimangës ndan me mua një sekret të lashtë dhe kjo pse do shpenzoj pjesën tjetër së jetës time në studimin e fijes së merimangës. Herës tjetër kur do shihni një rrjetë merimange, ju lutem, ndaloni dhe vështrojeni pak më afër. Ju do të shihni një nga materialet me perfomanca më të larta që njeriu njeh. Për të marrë hua nga shkrimet e merimangës së quajtur Charlotte, fija e mëndafshit është e mrekullueshme.

Ju faleminderit. (Duartrokitje)

(Duartrokitje)