Hagfish sind alles andere als kuschelig. Die rosafarbenen aalähnlichen Kreaturen tragen Reihen von Zahnstacheln um den Mund, so dass sie sich wie Würmer im Dreck in verrottende Tiere eingraben können. Aber diese merkwürdigen Kugeln sind erstaunlich erfolgreich, können eine Reihe von Umgebungen bewohnen und haben dies seit mehr als 300 Millionen Jahren relativ unverändert getan. Ein Schlüssel zu ihrem Erfolg ist ein ausgeklügelter Abwehrmechanismus: Schleim.
Wenn diese zappeligen Tiere von Raubtieren angegriffen werden, aktivieren sie ihre Schleimdrüsen und verstopfen die Kiemen ihrer Feinde mit gallertartigem Klecks - einer Art klebrigem Pfefferspray, mit dem sie unversehrt davonkommen. Nur wenige Meerestiere können dieses schleimige Verteidigungssystem herausfordern. Jetzt hofft die US Navy, die Macht des Schleims zu nutzen und eine künstliche Version zu synthetisieren, um ihre Taucher in der Tiefe zu schützen.
Wenn Sie den "ick" -Faktor des Hagfish Slime überwinden können, hat die Meeresgelatine viele wünschenswerte Eigenschaften. Der Brei besteht aus mikroskopisch kleinen Filamenten, und obwohl die dünnen Fäden dünner als eine Blutzelle sind, sind sie überraschend stark. Sie sind auch extrem lang und erstrecken sich fast sechs Zoll. Aber die Eigenschaft, die viele Forscher fasziniert und die Aufmerksamkeit der Marineforscher auf sich gezogen hat, ist die Expansionsfähigkeit des Schleims. Sobald sich der Schleim mit Wasser vermischt, kann er laut Ryan Kincer, einem Materialingenieur des Naval Surface Warfare Center in Panama City, auf das fast 10.000-fache seines ursprünglichen Volumens anwachsen.
Josh Kogot, Michelle Kincer und Ryan Kincer demonstrieren die Elastizität des Schleims, der in einem Labor von einem pazifischen Hagfish abgesondert wird. (US Navy Foto von Ron Newsome) Die Marineforscher behaupten, die Gene, die für die ausdehnenden Filamente des Schleims kodieren, isoliert zu haben, die eigentlich aus zwei getrennten Proteinen bestehen, erklärt Josh Kogot, ein Forschungsbiochemiker, der an dem Projekt arbeitet. Sie setzten diese Gene in zwei Chargen von E. coli- Bakterien ein, so dass die Mikroben die Arbeit zur Herstellung der Proteine erledigen konnten. Sie fanden dann einen Weg, diese Proteine zu kombinieren, um die Schleimfilamente zu erzeugen. Die Wissenschaftler konnten bestätigen, dass die künstlichen Schleimfäden tatsächlich der Realität ähnlich waren, indem sie sie unter einem Rasterelektronenmikroskop genau untersuchten.
Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass die Marine keines ihrer Ergebnisse veröffentlicht hat. Und sie konnten nur eine begrenzte Anzahl von Details über ihre Forschung offenlegen, da „potenzielles geistiges Eigentum und eine mögliche Technologie-Lizenzvereinbarung mit einem Industriepartner“ vorlagen, schrieb Katherine R. Mapp, eine Beamtin für öffentliche Angelegenheiten beim Naval Surface Warfare Center, in einer E-Mail . Sie glauben jedoch, dass wenn sie einen Schleim im Wasser nachahmen können, dieser als Schutzschild für Marinetaucher verwendet werden könnte.
Die Idee wäre, den Schleim wie den Hagfish zu verwenden und ihn einzusetzen, wenn sich Raubtiere nähern. Der Schlüssel, sagt Kincer, wäre, die Bestandteile des enthaltenen Schleims vom Wasser fernzuhalten, bis der Taucher ihn einsetzen muss. Vielleicht könnte es in einer Pfeffersprayflasche getragen werden, oder vielleicht könnte es irgendwie in den Taucheranzug eingearbeitet werden. Das Team sieht jedoch viele andere Möglichkeiten für den Schleim, wie zum Beispiel eine Bio-Alternative zu Kevlar, sagt Kogot.
Kogot, ein Biochemiker, zeigt eine Probe von synthetischem Hagfish Slime, der aus Alpha- und Gamma-Proteinen des pazifischen Hagfish nachgebildet wurde. (US Navy Foto von Ron Newsome) Wie bildet sich der Schleim eigentlich? Wissenschaftler arbeiten immer noch an den Details. Aber sie haben herausgefunden, dass der Schleim aus einer Kombination von zwei Hauptkomponenten besteht, dem Duo aus Proteinfilamenten (was die Navy imitieren will) und Schleim (der gallertartigen Substanz, die Rotz und Speichel seine glatte Textur verleiht). Beim Hagfish sind die Filamente in dünnen Zellmembranen enthalten, die „wie ein Wollknäuel“ gewickelt sind, sagt Lukas Böni, ein Forscher an der ETH Zürich, der den Schleim für seine möglichen Anwendungen in der Lebensmittelindustrie als Alternative zu kommerziellen Gelatinen untersucht benötigen keine Heizung. Die winzigen faserigen Bündel befinden sich neben Schleimpaketen in den rund 150 Schleimporen, die an beiden Seiten des Körpers des Hagfish entlanglaufen.
Wenn sich der Hagfish bedroht fühlt, zieht er sich mit diesen Poren zusammen und setzt die Schleimfaser- und Schleimblasenbällchen frei. Wenn sie auf das Wasser treffen, platzen die Membranen und die dicht gewickelten Filamente dehnen sich aus.
"Und hier endet unser Verständnis", sagt Douglas Fudge, Forscher an der Chapman University in Kalifornien, der bei seiner Doktorarbeit die überraschenden Eigenschaften der Biofasern entdeckte. Irgendwie verflechten sich die Fasern mit dem Schleim und bilden ein schleimiges Unterwassernetz, das hauptsächlich aus Wasser besteht. Die Fasern scheinen „unter Wasser ein Spinnennetz zu bilden“, sagt Böni, der nicht an der Arbeit der Marine beteiligt ist.
Kincer streckt Schleim von einem pazifischen Hagfish in einem Netz. (US Navy Foto von Ron Newsome) Fudge, der ebenfalls nicht in die Arbeit der Navy involviert ist, und sein Team entwirren immer noch, wie die Expansion tatsächlich abläuft. Das Herausfinden dieses endgültigen Mischprozesses wäre eine große Hürde, um den Schleim tatsächlich als Verteidigung zu verwenden. Ein weiteres mögliches Problem wäre die Erhaltung. Böni und sein Team stabilisieren das Hagfish Ooze, bevor es sich mit Öl oder einem Citratpuffer mit Wasser mischt, aber selbst dann sind die Komponenten nur für Tage oder vielleicht Wochen gut.
Die Marineforscher sind weit davon entfernt, die Eigenschaften dieser ungewöhnlichen Substanz zu nutzen. Im Jahr 2015 synthetisierte eine Gruppe in Singapur die Proteinfilamente mit einer scheinbar ähnlichen Methode, indem sie die Gene für das Protein in E. coli- Bakterien einfügte . Fudges Forschungsgruppe ist auch daran interessiert, den Schleim nachzuahmen, aber anstatt nur die Filamente zu erschaffen, möchte er die Gänsehaut in ihrer Gesamtheit nachbilden, um besser zu verstehen, wie sie sich bildet.
"Wir konzentrieren uns wirklich auf diese Frage des Einsatzes - wie es von konzentriertem Material in den Drüsen zu seiner Ausdehnung im Meerwasser geht", sagt Fudge.
Obwohl es immer noch viele Hürden gibt, den Schleim in großen Mengen synthetisch herzustellen, sehen viele diese viskose Substanz als das Ökomaterial der Zukunft mit möglichen Anwendungen in Kleidung, Haiabwehrmitteln und Nahrungsmitteln.
Kontrollieren Sie also diesen Würgereflex.
"Ich habe es einmal gegessen", sagt Böni. "Es schmeckt wie Meerwasser."
