stringtranslate.com

Биссус

Мидия (род Mytilus ), прикрепленная к скале своим биссусом.
Иллюстрация биссуса дрейссены полиморфной (Dreissena polymorpha) , пресноводной зебровой дрейссены

Биссус ( / ˈ b ɪ s ə s / ) — это пучок нитей, выделяемый многими видами двустворчатых моллюсков , который служит для прикрепления моллюска к твердой поверхности. Виды из нескольких семейств моллюсков имеют биссус, включая перьевые раковины ( Pinnidae ) , настоящие мидии ( Mytilidae ) и дрейссениды .

Нити

Нити биссуса создаются некоторыми видами морских и пресноводных двустворчатых моллюсков , которые используют биссус для прикрепления к камням, субстратам или морскому дну. У съедобных мидий несъедобный биссус обычно известен как «борода» и удаляется перед приготовлением.

Многие виды мидий выделяют нити биссуса, чтобы прикрепляться к поверхностям, в том числе такие семейства , как Mytilidae , Arcidae , Anomiidae , Pinnidae , Pectinidae , Dreissenidae и Unionidae . [1] [2]

Механика

Биссус, или биссусный комплекс, состоит из множества внеклеточных коллагеновых нитей, которые радиально размещаются мидией от центрального стебля. Каждая нить состоит из трех областей: гофрированной проксимальной области, близкой к телу мидии, более длинной гладкой дистальной области, соединяющей проксимальную область с конечной бляшкой, и самой адгезивной бляшки, которая прикрепляет мидию к поверхности. [3] Проксимальная область состоит из гофрированной оболочки, охватывающей свободно расположенные спиральные волокна; эти спирали могут распутываться, чтобы удлинить волокно под действием приложенной силы. Дистальная область более упорядочена, состоит из выровненных пучков коллагеновых волокон, которые придают волокну жесткость. Бляшка состоит из коллагеноподобных волокон над губчатой ​​матрицей, в которой откладывается и затвердевает адгезивный белок. [4]

Целью биссуса является удержание мидии на желаемой поверхности, и для этого биссусные нити должны быть способны выдерживать сильное циклическое движение из-за приливного воздействия вблизи береговых линий, где обитают мидии. Механические испытания живых мидий показали, что биссусные нити могут растягиваться на 39% до текучести и на 64% до разрыва при номинальной скорости деформации 10 мм/мин. [3] Испытания на растяжение показывают, что нити демонстрируют три различных фазы: начальная жесткость как от дистальной, так и от проксимальной областей, размягчение из-за текучести в дистальной области и, наконец, жесткость, непосредственно предшествующая разрушению при растяжении. [4] Способность дистальной области течь перед разрывом придает мидиям их характерную выносливость даже при сильных приливных силах. [4] Было изучено множество переменных, которые влияют на производительность биссусных нитей, включая видовые вариации, [5] сезонные вариации, [3] температурные эффекты, [6] и эффекты старения. [6] Температурные эффекты, в частности, выявили температуру стеклования 6 °C. [6]

Число нитей, используемых мидией для прикрепления, обычно составляет от 20 до 60; это может варьироваться в зависимости от вида, сезона или возраста мидии. В условиях циклических приливов радиальное распределение размещения волокон позволяет мидии динамически выравнивать большинство своих волокон в направлении приложенной силы. Это снижает нагрузку на любую одну нить, уменьшая вероятность отказа и отсоединения. [4] Мидии также способны выбрасывать весь комплекс биссуса, включая центральный стебель, не повреждая себя. Комплекс можно просто регенерировать, и размещение волокон возобновится в течение 24 часов. [7]

Когда нога мидии сталкивается с трещиной, она создает вакуумную камеру, выталкивая воздух и выгибаясь вверх, подобно тому, как вантуз сантехника прочищает слив. Биссус, состоящий из кератина , хинон -дубильных белков ( полифенольных белков ) и других белков, выбрасывается в эту камеру в жидкой форме, похожей на литье под давлением при переработке полимеров, и пузырится в липкую пену. Скручивая свою ногу в трубку и накачивая пену, мидия производит липкие нити размером с человеческий волос. Затем мидия покрывает нити другим белком, в результате чего получается клей. [2] Динамика прикрепления бляшки изучается как для имитации сильного клея, так и для создания покрытий, к которым бляшка не может прилипнуть. Стратегии высвобождения загрязнений, такие как фторполимерные краски и покрытия, пропитанные смазкой, являются активной областью исследований, важной для предотвращения загрязнения морских сооружений инвазивными видами мидий, такими как зебровая и квагга. [8]

Биомиметика

Биссус — замечательный клей, который не разрушается и не деформируется под воздействием воды, как многие синтетические клеи. [9] Замечательные свойства этого клея, в частности белков ног мидий (Mfps), побудили множество попыток имитировать превосходную адгезивную способность, которую демонстрируют мидии, либо путем производства Mfps с помощью других организмов, либо путем создания синтетических полимеров с похожими свойствами. Например, генные инженеры вставляли ДНК мидий в клетки дрожжей , чтобы перевести гены в соответствующие белки. [10] Синтетические подходы обычно используют катехол в качестве сшивающего агента для получения износостойких полимерных сетей. Имитация Mfp-3 для индуцирования коацервации является еще одним ключевым свойством, поскольку это защищает материал от частичного растворения в соленой воде. [9] Структура белка бисуса напоминает структуру шелка, вырабатываемого насекомыми. [11] Другие примеры биомиметических подходов для создания клеев, вдохновленных мидиями, используют эти полимеры в качестве основы. [12] [13]

Биомиметический биссусный клей применяется в биомедицинских клеях [14] , терапевтических целях [15] и в качестве противообрастающих покрытий [16] .

Историческое использование

Биссус часто относится к длинным, тонким, шелковистым нитям, выделяемым большой средиземноморской раковиной пера, Pinna nobilis . Нити биссуса этого вида Pinna могут достигать 6 см (2,4 дюйма) в длину и исторически использовались для изготовления ткани. [17] Ткань из биссуса — редкая ткань, также известная как морской шелк , которая изготавливается с использованием биссуса раковин пера в качестве источника волокна. [18] [19] Биссус Atrina pectinata , раковины того же семейства, использовался на Сардинии в качестве замены находящейся под угрозой исчезновения Pinna nobilis для плетения морского шелка. [20]

Ссылки

  1. ↑ Тернер, Рут; Роузвотер, Джозеф (июнь 1958 г.). «Семейство Pinnidae в Западной Атлантике». Johnsonia . 3 (38): 285–326.
  2. ^ ab Starr, Cecie; Taggart, Ralph (2004). Биология: Единство и разнообразие жизни . Belmont, CA: Thomson Learning.
  3. ^ abc Moeser, Gretchen M.; Carrington, Emily (15 мая 2006 г.). «Сезонные изменения в механике биссусных нитей мидий». Journal of Experimental Biology . 209 (10): 1996–2003. doi : 10.1242/jeb.02234 . PMID  16651564 . Получено 8 мая 2021 г. .
  4. ^ abcd Белл, Эмили; Гослайн, Джон (1 апреля 1996 г.). «Механическая конструкция биссуса мидии: выход материала увеличивает прочность прикрепления». Журнал экспериментальной биологии . 199 (4): 1005–1017. doi :10.1242/jeb.199.4.1005. PMID  9318809. Получено 9 мая 2021 г.
  5. ^ Brazee, Shanna; Carrington, Emily (декабрь 2006 г.). «Межвидовое сравнение механических свойств мидийного биссуса». The Biological Bulletin . 211 (3): 263–274. doi :10.2307/4134548. JSTOR  4134548. PMID  17179385. S2CID  24797335. Получено 9 мая 2021 г.
  6. ^ abc Aldred, Nick (22 декабря 2007 г.). «Растяжимый и динамический механический анализ дистальной части биссусных нитей мидии (Mytilus edulis)». Journal of the Royal Society Interface . 4 (17): 1159–1167. doi :10.1098/rsif.2007.1026. PMC 2396211. PMID  17439859 . 
  7. ^ Пейер, Сюзанна (23 декабря 2008 г.). «Зебровые дрейссены закрепляют биссусные нити быстрее и плотнее, чем квагги в потоке» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 212 (13): 2027–2036. doi : 10.1242/jeb.028688 . PMID  19525429 . Получено 9 мая 2021 г. .
  8. ^ Верма, Шатакши (20 февраля 2019 г.). «Обзор защитных полимерных покрытий для морского применения». Журнал Coatings Technology and Research . 16 (2): 307–338. doi :10.1007/s11998-018-00174-2. S2CID  139442176. Получено 9 мая 2021 г.
  9. ^ ab Forooshani, Pegah; Lee, Bruce (11 октября 2016 г.). «Современные подходы к разработке биоадгезивных материалов, вдохновленные адгезивным белком мидий». Journal of Polymer Science Часть A: Полимерная химия . 55 (1): 9–33. doi : 10.1002/pola.28368 . PMC 5132118. PMID  27917020 . 
  10. ^ Роберт Л. Штраусберг и др. (31 декабря 1989 г.). «Разработка микробной системы для производства клеящего белка мидий». Клеи из возобновляемых ресурсов . Серия симпозиумов ACS. Том 385. стр. 453–464. doi :10.1021/bk-1989-0385.ch032. ISBN 978-0-8412-1562-7.
  11. ^ Симмонс, Мириам; Хорбелт, Нильс; Сверко, Тара; Скоппола, Эрнесто; Джексон, Дэниел Дж.; Харрингтон, Мэтью Дж. (28 ноября 2023 г.). «Инвазивные мидии формируют шелковистый биссус посредством механической обработки массивных горизонтально приобретенных спиральных спиралей». Труды Национальной академии наук . 120 (48): e2311901120. Bibcode : 2023PNAS..12011901S. doi : 10.1073/pnas.2311901120. ISSN  0027-8424. PMC 10691215. PMID 37983489  . 
  12. ^ Ло Прести, Марко; Риццо, Джорджио; Фаринола, Джанлука М.; Оменетто, Фиоренцо Дж. (август 2021 г.). «Биоинспирированный биоматериальный композит для высокопроизводительных клеев на водной основе». Advanced Science . 8 (16): e2004786. doi :10.1002/advs.202004786. ISSN  2198-3844. PMC 8373158 . PMID  34080324. 
  13. ^ Ло Прести, Марко; Островский-Снайдер, Николас; Риццо, Джорджио; Портогезе, Марина; Блази, Давиде; Фаринола, Джанлука М.; Оменетто, Фиоренцо Дж. (29 августа 2023 г.). «Роль тирозина в биоинспирированных адгезивах на основе белка-дофамина: стехиометрия, которая максимизирует прочность связи». Frontiers in Biomaterials Science . 2. doi : 10.3389/fbiom.2023.1184088 . ISSN  2813-3749.
  14. ^ Аллен, Марк (май 2004 г.). «Проспективное рандомизированное исследование, оценивающее биоразлагаемый полимерный герметик для герметизации интраоперационных утечек воздуха, возникающих во время резекции легких». Анналы торакальной хирургии . 77 (5): 1792–1801. doi :10.1016/j.athoracsur.2003.10.049. PMID  15111188. Получено 9 мая 2021 г.
  15. ^ Блэк, Квар (14 августа 2012 г.). «Поверхностная функционализация золотых наностержней с использованием полидопамина для визуализации раковых клеток и фототермической терапии». Nanomedicine . 8 (1): 17–28. doi :10.2217/nnm.12.82. PMC 3544340 . PMID  22891865. 
  16. ^ Dalsin, Jeffrey (9 декабря 2004 г.). «Protein Resistance of Titanium Oxide Surfaces Modified by Biologically Inspired mPEG−DOPA». Langmuir . 21 (2): 640–646. doi :10.1021/la048626g. PMID  15641834 . Получено 9 мая 2021 г. .
  17. ^ МакКинли, Дэниел (июнь 1998 г.). «Пинна и ее шелковая борода: набег на исторические хищения». Ars Textrina: Журнал текстиля и костюмов . 29 : 9–223.
  18. ^ Maeder, Felicitas (2002). «Проект Sea-silk: повторное открытие древнего текстильного материала». Archaeological Textiles Newsletter . 35 : 8–11.
  19. ^ Хилл, Джон (2009). Через Нефритовые ворота в Рим: исследование Шелкового пути во времена поздней династии Хань, 1-2 вв. н. э. (2-е изд.). Чарльстон, Южная Каролина: Book Surge. ISBN 978-1439221341.
  20. ^ Кубелло, Стефания (2018). «Из души моря» (PDF) . Patek Philippe International Magazine . Женева: Patek Philippe. стр. 35–39 . Получено 17 августа 2024 г. .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Биссус .