解剖黑寡妇蜘蛛以获取其丝腺似乎是一项充满危险的任务。幸运的是,对于任何敢于尝试的人来说,现在有科学家提供的视频来展示如何操作。
研究实验室并非想要这些臭名昭著的蜘蛛的丝腺作为某种奇异的战利品。蜘蛛丝比钢铁更坚韧,全球的科学家都在竞相开发模仿这些蜘蛛丝的合成纤维,用于商业、军事和工业应用,太平洋大学(位于加利福尼亚州斯托克顿)的生物化学家 Craig Vierra 说。
选择这些可怕的蜘蛛(其毒液比响尾蛇强 15 倍)是因为“雌性黑寡妇蜘蛛的腹部非常大,使得分离产生丝的腺体非常容易”,同样来自太平洋大学的研究员 Coby La Mattina 在解说视频时说道。至于为什么这些研究人员选择制作视频,“通常情况下,腺体在解剖过程中会破裂。还有某些解剖结构难以分离,”太平洋大学研究员 Tiffany Tuton-Blasingame 说。“可视化演示对于良好的解剖至关重要。”
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科学家们从木堆、灌木丛和车库中收集西部黑寡妇蜘蛛(Latrodectus hesperus)——这些蜘蛛的栖息地是北美西部。“当你把它们从网上敲下来时,它们会卷起来装死,所以很容易抓起来,”Vierra 在电话采访中解释说。
黑寡妇蜘蛛用二氧化碳气体麻醉 10 分钟。“在尝试这个步骤时,重要的是要戴两双手套,直到蜘蛛的毒牙被移除,”太平洋大学研究生 Yang Hsia 在视频中说。尽管它们的毒液致命,但它们的叮咬通常不会致命,尤其是对成年人来说,因为它们只注射少量毒液——而且像大多数蜘蛛一样,黑寡妇蜘蛛捕食昆虫。
研究人员将每只蜘蛛击晕后,在麻醉失效前的五分钟内,用剪刀将蜘蛛切成两半,剪掉黑寡妇蜘蛛的腹部。(这些程序事先已获得机构动物护理和使用委员会的批准。)
然后,科学家们将腹部固定在解剖盘上,并使用显微剪刀剪出一个开口。腹部浸泡在研究人员详细说明的特殊解剖液混合物中。用镊子剥开外骨骼,刮掉任何脂肪和卵,以露出七个不同的丝腺。研究人员建议按照特定的顺序取出这些腺体,这样可以更容易安全地取出所有腺体。然后将腺体在液氮中速冻,并在零下 80 摄氏度下储存。
西部黑寡妇蜘蛛的腺体各自产生不同种类的丝:大壶腹腺和小壶腹腺制造牵引丝和支架丝;管状腺合成卵囊丝;聚集腺制造粘合丝;梨形腺合成用于包裹猎物和卵囊的丝线;梨形腺产生粘附在表面的丝;鞭状腺在该物种中的功能尚不清楚。Vierra 说,科学家们提取这些腺体后,可以分析哪些不同的基因被表达,或者哪些蛋白质基因产生,以及将这些基因克隆到细菌和酵母中,以产生用于人造丝纤维生产的重组蛋白。
“这项技术开发出来后,为丝生物学界的研究人员铺平了道路,”Tuton-Blasingame 在视频中说道。她补充说,他们和其他人使用这种方法来探索涉及丝纤维生产、组装和挤出的化学和分子过程。Vierra 指出,科学家们对于蜘蛛丝以及制造其替代品仍有很多需要学习的地方,因此解剖技术仍然非常有用。
“如果这项技术操作正确,可以在一个半到三个小时内完成,”Tuton-Blasingame 说。科学家们在 1 月 11 日的《可视化实验杂志》(Journal of Visualized Experiments) (JoVE) 上详细介绍了他们的程序。(该杂志不仅是世界上第一本科学视频杂志,“至少据我所知,我们是目前唯一的科学视频杂志,”JoVE 联合创始人 Nikita Bernstein 在电话采访中说。)
“我为我的学生和我自己写了很长的台词来读,当 JoVE 来拍摄我们时,他们让我先来,我一直忘词,学生们觉得这很有趣,”Vierra 告诉《大众科学》。“但这很有趣。我们都很享受制作视频的过程。”