Um milagre viscoso da bioengenharia oceânica

O posto Hagfish: a maravilha viscosa da bioengenharia do oceano apareceu pela primeira vez em AZ Animals.

Tiro rápido

• Peixe-bruxa É implementação rápida de defesa química então talvez obstruir as guelras de um tubarão em segundos.

• A força do lodo vem de fios de proteína microscópicos que se auto-organizam sob a influência da água do mar.

• Cientistas estudam peixe-bruxa proteínas do muco tão equilibrado uma alternativa às fibras de alto desempenho como seda de aranha.

Você não precisa nunca ter visto um peixe-bruxa para ter uma ideia do que é um peixe-bruxa. Quero dizer, é chamado de A peixe-bruxa por chorar em voz alta. A realidade desta criatura é mais ou menos exatamente o que você provavelmente imaginaria com base em seu nome. É uma criatura primitiva parecida com uma enguia – um necrófago viscoso que, quando ameaçado, se forma em nós e secreta muco. É frequentemente descrito como um fóssil vivo, um estranho remanescente evolutivo que de alguma forma escapou pelas fendas da seleção natural. Mas o peixe-bruxa não é uma falha biológica. Na verdade, é um dos animais quimicamente mais avançados do oceano. Slime é um mecanismo de defesa em si. Mas o muco do peixe-bruxa faz muito mais do que apenas repelir – é um sistema de ação rápida feito de proteínas especializadas que podem incapacitar predadores em questão de segundos. E agora esse mesmo lodo está inspirando cientistas que procuram a próxima geração de materiais sustentáveis ​​e de alto desempenho.

Hagfish: o último sobrevivente do oceano

Os peixes-bruxa pertencem a um pequeno grupo de peixes sem mandíbula conhecidos como Agnatha, que também inclui lampreias. Eles navegam pelos oceanos há mais de 300 milhões de anos, sobrevivendo a múltiplas extinções em massa ao longo do caminho. Isso não acontece por sorte; eles estão fazendo algo certo. Vivem principalmente em águas profundas e frias, onde a comida é escassa e as condições podem ser difíceis. Quando um animal morto ou moribundo afunda no fundo do mar, os peixes-bruxa costumam ser os primeiros a emergir. Fazendo jus à sua repugnante reputação, eles se enterram na carcaça e se alimentam de dentro.

Este estilo de vida necrófago é frequentemente apresentado como evidência de que os peixes-bruxa estão de alguma forma numa posição inferior na escala evolutiva – eles são literalmente alimentadores de fundo. Na verdade, esta é uma estratégia muito eficaz. O peixe-bruxa não desperdiça energia perseguindo sua presa. Eles são especializados em durabilidade, desempenho e defesa química. Seus corpos são simples em alguns aspectos, mas o que lhes falta em brilho é compensado em engenhosidade molecular.

Slime que pode parar um tubarão

A característica mais famosa do peixe-bruxa é o seu muco. Mas chamá-lo de lodo quase subestima seu poder. Quando ameaçado, o peixe-bruxa libera muco das glândulas que correm ao longo de suas laterais. Isso acontece quase instantaneamente. Em segundos, o fluido claro e aquoso se transforma em uma massa espessa e gelatinosa que pode aumentar muitas vezes o volume original do animal.

O grande volume deste lodo o torna bastante eficaz, mas há muito mais por trás dele. São os elementos de design que lhe conferem poder real. O muco contém dois componentes principais: mucinas, que são longas moléculas formadoras de gel, e filamentos de proteínas extremamente finos. Cada fio é uma ordem de magnitude mais fino que um fio de cabelo humano, mas é surpreendentemente forte. Quando a água do mar atinge o muco, esses fios se desenrolam e se entrelaçam, criando uma rede densa e fibrosa.

Para um predador como o tubarão, isso é uma má notícia. Os tubarões respiram graças ao fluxo constante de água pelas guelras. O muco do peixe-bruxa pode obstruir as guelras quase instantaneamente, cortando o oxigênio e forçando o predador a recuar ou correr o risco de sufocamento. Houve casos documentados de tubarões abandonando um ataque segundos depois que o peixe-bruxa liberou seu muco. O Hagfish não precisa nadar para longe rapidamente; ele só precisa parar a ameaça.

A velocidade desse processo é o que realmente surpreende os pesquisadores. Dentro das glândulas mucosas dos peixes-bruxa, os fios de proteína estão firmemente enrolados em feixes compactos. Se pudessem se expandir dentro do animal, seriam inúteis e até perigosos. Em vez disso, eles são embalados de uma forma que os mantém inativos até serem necessários.

Assim que o muco é expelido na água do mar, a mudança no ambiente faz com que os fios se desfiem. A água flui, as fibras se esticam e o lodo assume sua forma defensiva completa. Toda essa transformação acontece num piscar de olhos. Do ponto de vista químico, é uma masterclass em implantação controlada em que estrutura, ambiente e tempo trabalham juntos de forma incrivelmente rápida.

Não primitivo, apenas diferente

As pessoas querem rotular o peixe-bruxa como primitivo porque não possui mandíbulas, escamas e vértebras verdadeiras. No entanto, esta visão confunde simplicidade com inferioridade. O peixe-bruxa não deixou de evoluir; eles são especialistas. Os seus corpos reflectem um conjunto de compromissos que funcionam excepcionalmente bem para o seu nicho ecológico.

Em vez de velocidade e dentes afiados, os peixes-bruxa investiram em defesa química e truques mecânicos. Seus crânios protegem seus cérebros. Seu comportamento de dar nós permite que eles ganhem vantagem ao se alimentar ou escapar de espaços apertados. Seu muco é uma forma quase infalível de deter predadores muito maiores e mais poderosos.

Os bloqueios de limo provavelmente nunca deixarão de ser uma grande curiosidade, mas também são uma potência biológica que foi subestimada durante séculos.

Do Ocean Slime ao Super Tecido

Para o peixe-bruxa, o muco é uma defesa. Nos humanos, pode ser muito mais do que isso. Nos últimos anos, o peixe-bruxa tem atraído a atenção de pesquisadores de materiais, especialmente aqueles interessados ​​em seda de aranha. A seda de aranha é famosa por sua incrível resistência e leveza. No entanto, produzi-lo em larga escala revelou-se difícil. As aranhas não funcionam bem juntas nas fábricas e as versões sintéticas geralmente diferem do original.

Os fios de Hagfish têm algumas das propriedades mais desejáveis ​​da seda de aranha. Eles são fortes, flexíveis e feitos de proteínas, e não de produtos químicos à base de petróleo. Em testes de laboratório, as fibras individuais do peixe-bruxa demonstraram uma resistência à tração impressionante, especialmente considerando a pouca matéria-prima necessária para produzi-las.

O que realmente entusiasma os pesquisadores é a sustentabilidade. O muco do peixe-bruxa é produzido à temperatura ambiente na água do mar, sem subprodutos tóxicos. Isto contrasta fortemente com muitas fibras industriais que requerem altas temperaturas, produtos químicos agressivos e insumos energéticos significativos. Se os cientistas conseguirem recriar ou adaptar a estrutura das proteínas do peixe-bruxa, isso poderá levar a uma nova classe de têxteis ecológicos.

Fibras à base de proteínas não são novidade. As pessoas usam lã, seda e couro há milhares de anos. O que diferencia o peixe-bruxa é a forma como suas proteínas se automontam. Em vez de serem fiadas ou tecidas no sentido tradicional, as fibras formam-se espontaneamente quando expostas à água. A auto-organização é o Santo Graal da ciência dos materiais.

Imagine um tecido que pode ser armazenado de forma compacta e depois ampliado ou reparado conforme necessário. Ou materiais médicos que podem ser colocados no corpo sem a necessidade de procedimentos invasivos. Estas ideias podem parecer futurísticas, mas os peixes-bruxa têm feito algo semelhante há milhões de anos.

Os cientistas estão atualmente trabalhando no isolamento dos genes responsáveis ​​pela produção de proteínas do peixe-bruxa. Ao inserir estes genes em bactérias ou leveduras, esperam produzir fibras sob condições controladas. O objetivo não é coletar muco diretamente do peixe-bruxa, o que não seria prático ou ético em larga escala. Em vez disso, aprenda com o plano e reproduza os resultados.

Embora os materiais inspirados no peixe-bruxa sejam promissores, há obstáculos a superar. Um dos desafios é aumentar a produção mantendo as propriedades únicas das fibras. Outra é controlar a forma como as fibras se depositam, pois a sua tendência natural para se expandirem rapidamente pode ser difícil de controlar em processos industriais.

Há também a questão da durabilidade. O muco Hagfish destina-se à defesa a curto prazo, não ao desgaste a longo prazo. Os cientistas precisam descobrir como modificar as proteínas para torná-las estáveis ​​o suficiente para o uso diário, sem perder força e elasticidade.

Ainda assim, o progresso é constante. Cada estudo acrescenta mais uma peça ao quebra-cabeça, aproximando os pesquisadores de materiais que podem rivalizar ou até superar a seda de aranha em algumas aplicações.

Aparência não é tudo

As criaturas – incluindo os humanos – que não se enquadram nas nossas caixas de beleza e complexidade são frequentemente rejeitadas como inferiores. Mas a natureza não está interessada nas nossas classificações; recompensa o que funciona. Basta olhar para o peixe-bruxa – um necrófago não tão atraente no qual preferimos não pensar. Mas quando o estudamos, encontramos uma fonte de inspiração científica. A história do peixe-bruxa é uma grande lição moral sobre os limites da estética e da percepção. Este monstrinho conseguiu sobreviver em nosso mundo por muito mais tempo do que muitas outras criaturas e está nos ensinando silenciosamente como construir tecnologias mais inteligentes e limpas, um fio de gosma de cada vez.

O posto Hagfish: a maravilha viscosa da bioengenharia do oceano apareceu pela primeira vez em AZ Animals.