Отравленные подводные стрелы: израильские исследователи изучают медуз

Медуза относится к семейству стрекающих - для представителей этого семейства характерно атаковать свою добычу (планктон) и защищать себя с помощью стрекательных клеток, содержащих настоящие отравленные стрелы. Несмотря на то, что у медуз нет глаз, ушей и даже мозга, они живут на Земле уже 600 миллионов лет в практически неизменном виде и входят в число наиболее древних многоклеточных существ, которые дожили до наших дней. 

Проведенное в Технионе исследование - первое, объясняющее уникальность стрекательного механизма медузы-странника. По словам профессора Ури Шавита с факультета Гражданской инженерии, «Медуза атакует своих врагов или свою добычу, впрыскивая им яд с помощью тысяч микроскопических иголок-шприцев, расположенных на ее щупальцах. Шприцы находятся внутри стрекательных клеток (нематоцитов) в шарообразных капсулах диаметром около 10 микрон. В ответ на химические изменения окружающей среды или при физическом контакте, давление внутри капсулы увеличивается и оттуда «выстреливает» игла с огромным ускорением, больше 50 000 000 метров в секунду - это в сто раз больше ускорения винтовочной пули». 

Стрекательный механизм, от сложенной в капсуле «иголки» и до ее выпрямления на всю длину, изучается исследователями всего мира. Конвенциональное объяснение состоит в том, что иголка стреляет ядом за счет так называемого осмотического потенциала. Эта сила толкает иголку и жидкий яд как помпа, качающая воду вверх в здании. Этот процесс происходит под давлением в 150 атмосфер. Для сравнения: такого давления хватит, чтобы накачать воду на последний этаж здания высотой полтора километра. 

Исследование, недавно опубликованное в Journal of the Royal Society Interface, продемонстрировало, что осмотический механизм действует и на кончике иглы. Он выпускает ее и тащит вперед, как локомотив. 

Исследование основано на замерах, произведенных с помощью лаборатории на микросхеме и при разработке математической модели, которая отслеживает движение субстанции внутри системы. Механизм удлинения игл был расшифрован профессорами Шавитом и Гиладом Йосифсоном с факультета механики Техниона и доктором Тамарой Лотан из колледжа изучения моря при Хайфском университете. 

В лаборатории профессора Йосифсона​ была построена экспериментальная система на основе платформы для микрожидкостей. Эта система позволила исследователям управлять иглой и направлением ее движения. Как объяснил профессор Шавит: «Каждая капсула была помещена в микроканал, соединяющий центральный водный канал и еще один, в котором находилось масло. Мы обнаружили, что когда игла проникала в масло, ее удлинение уменьшалось на три порядка, от 50 миллисекунд в воде до 25 секунд в масле». 

Ученые пришли к выводу, что, в отличие от конвенциональной модели, осмотический феномен не ограничен капсулой, а распространяется на весь процесс выпускания и удлинения иглы. По словам профессора Шавита: «Это означает, что можно влиять на осмотический потенциал на пути иглы, уменьшая таким образом ее способность проникнуть в кожу и впрыснуть яд». Возможно, израильское исследование позволит найти наконец эффективный способ борьбы с медузами - бичом пляжей Израиля и всего мира.


Источник: MFA
Фото: Медуза Rhopilema nomadica/Технион