盲鳗走向高级时装

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


从纯粹的审美角度来看,有什么比卑微的盲鳗更缺乏吸引力呢?也许有——大自然喜欢尝试——但盲鳗绝对名列前茅。它是一种丑陋的鳗鱼状生物——灰色,长着大胡须,没有眼睛,湿乎乎的,而且有点臭——当它感到受到任何威胁时,会从全身的毛孔中分泌出大量的粘液。这种粘液与盐水混合后会变成粘稠的糊状物。

正是这种粘液使盲鳗从材料科学的角度来看非常有趣。上周,我们高兴地听到来自盲鳗专家道格拉斯·弗奇在加拿大圭尔夫大学的实验室的最新研究可能产生一种新型的粘液基线,然后可以像蛋白质基丝绸一样编织成织物。据探索新闻报道,弗奇的团队最近“成功地从鱼身上提取了粘液,将其溶解在液体中,然后像纺丝绸一样重新组装其结构。”

最终,这可能导致超强织物和无石油塑料的出现。我们可能很快就会在时装周的T台上看到用盲鳗粘液制成的高级时装


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一篇关于此效果的论文刚刚发表在期刊《生物大分子》上,同时还附有一段关于新的盲鳗粘液收集技术的视频(如上所示)。这启发我挖掘出之前一篇关于盲鳗和粘液的奇妙材料特性的文章的部分内容,包括最后提供了一个方便的粘液烤饼食谱。请享用!

盲鳗使人类的粘液产生系统相形见绌:根据弗奇的说法,它可以在不到一秒钟的时间内产生1升粘液。因此,这种生物的拉丁学名是Myxine glutinosa,源自希腊语myxa(“粘液”)和拉丁语gluten(“胶水”)。产生的粘液会粘在攻击鱼的鳃上并阻止呼吸流动:受害者会被鼻涕呛死。如果受害者试图咀嚼粘液逃脱,这种东西只会进一步膨胀,受害者会更快窒息。盲鳗通过将自己打成结来摆脱困境,然后将结沿着身体向下推,刮掉粘液。

粘液是一种被称为“相变”材料的东西,因为它会从液体变成固体。这种变化通常由温度(热到冷,或反之亦然)或环境因素(湿到干,干到湿)触发。粘液由蛋白质和糖分子(粘蛋白)以及大量的水组成,这赋予了材料光滑的质地。随着物质失去水分,它变得更加坚硬,经历了一种相变,尽管研究这些奇怪材料的科学家更喜欢用更模糊的术语来描述这个过程:物质从“类液体”状态变为“类固体”状态。一旦喷射出来,物质会迅速冷却并开始失去水分。随着它变干,它会形成坚硬的外壳。

与其他形式的粘液不同,盲鳗粘液不会变硬。即使在非常冷的水中,它也保持粘稠,部分原因是盲鳗及其受害者都浸泡在咸海水中,因此它永远没有机会变干。但是盲鳗粘液有一种秘密成分:通常的蛋白质和糖混合物还含有长丝状纤维

技术术语是“中间丝”,这些纤维比蜘蛛丝更细,而且强度也一样高。这些纤维形成蛋白质链,一旦粘蛋白接触到海水就会迅速膨胀,导致物质“膨胀”成粘稠的凝胶。稠度有点像半凝固的果冻,或稀释的发胶。

这些纤维非常有弹性,可以像太妃糖一样拉长到其长度的三倍,然后最终断裂。弗奇设计了自己的装置来拉伸这些细丝:类似于乒乓球拍的东西,只是球拍部分应该是细丝。(诊断电子设备嵌入在手柄中。)

中间丝可以在大多数动物细胞中找到,形成一种支架,使细胞足够坚硬以保持其形状,但仍具有足够的柔韧性以具有一定的伸缩性。这是一个有趣的发现,因为直到最近,大多数生物学家都认为细胞结构是刚性且不可弯曲的。因此,他们最初对弗奇的模型持怀疑态度,直到法国研究人员使用原子力显微镜追踪了纤维的3D轮廓,并发现它们也是可拉伸的而不是不可弯曲的。

关于盲鳗粘液还有很多东西需要学习。例如,这种粘液以盘状囊泡和缠绕的蛋白质纤维(就像纱线球)的混合物形式喷射出来,当囊泡接触到海水时会破裂,纤维会解开。由此产生的混合物会捕获海水,这就是导致其膨胀的原因。但是是什么阻止了这些囊泡过早破裂呢?成分中必须有一种稳定化合物。

2003年,弗奇认为他找到了答案,当时一项分析显示,甲基胺的浓度非常高,特别是氧化三甲胺。例如,这种化合物通常在鲨鱼组织中发现,以防止盐水通过渗透作用从鲨鱼体内浸出体液。但事实证明这是一种转移注意力的东西。

他的团队实际上“挤奶”了麻醉的盲鳗的腺体,将物质释放到空气中而不是盐水中——但仍然发生了粘液的爆发。弗奇推测腺体可能是加压的——有点像Reddi-Wip奶油在从罐中释放出来之前不会起泡一样。

所有有前途的材料都有潜在的应用,盲鳗粘液也不例外。其独特的性能可能通过阻止事故受害者在手术过程中的出血来帮助拯救人类生命。粘液在接触血液(主要是水和盐)后会膨胀,止住血液流动。

这种弹力特性是潜在应用的另一个优势。弗奇将它们比作将六罐啤酒捆在一起的塑料环:将它们拉开,它们开始松动和变形;对于纤维而言,它们实际上会重新排列成新的分子结构,与蜘蛛丝惊人地相似。因此,除了超轻但超强的纺织品(“生物钢”)外,它还可以用于生物医学设备、组织工程和生物传感器。

正如任何盲鳗都可以证明的那样,粘液是一种极好的防御机制,这也是美国军方正在研究其军事应用特性的原因之一。

更轻松地说,盲鳗粘液是烤饼中极好的鸡蛋替代品;“糟糕食物博物馆”的一位胆大包天的博主改编了一个专门用于此目的的食谱,我们在此重现该食谱(已注明出处),供那些需要新鲜出炉的盲鳗粘液烤饼过节的人们参考。

盲鳗粘液切达-格鲁耶尔烤饼

4杯通用面粉

2汤匙泡打粉

4茶匙糖

1/2茶匙盐

1杯(两根)冷藏无盐黄油,切成1/2英寸的方块

2杯(压紧)粗磨特级锋利黄色切达奶酪(约9盎司),或6盎司切达奶酪和3盎司格鲁耶尔奶酪的混合物。

1-1/2杯冷藏浓奶油

6汤匙盲鳗粘液

预热烤箱至375华氏度(约190摄氏度)

在食品加工机中,混合面粉、泡打粉、糖和盐。快速脉冲切割黄油,直到混合物看起来像粗糙的粉末。加入奶酪,用快速脉冲切割。在一个小碗中,将奶油和盲鳗粘液搅拌在一起。在食品加工机运转时,通过进料管加入奶油混合物。加工至面团刚好成团——不要过度搅拌!

将面团倒在撒了少许面粉的工作台上。将面团聚拢并分成四份。将每份拍成略低于1英寸高的圆形(直径应约为6-7英寸)。用干净锋利的刀,将每个圆形切成六个楔形。将一半的楔形转移到铺有烘焙纸的未涂油烤盘上,间隔约2英寸。

烘烤第一批烤饼,直到边缘刚刚开始变成棕色,并且牙签取出时是干净的,大约20分钟。将它们连同烘焙纸一起转移到金属架上冷却至少10分钟,在此期间放入第二批烤饼。

温热或室温食用。烤饼可以放置约8小时。不要冷藏。如果想重新加热,在350华氏度(约177摄氏度)的烤箱中加热约5分钟。

参考文献:

Fudge, D.S. et al. (2010) "Hagfish slime threads as a biomimetic model for high performance protein fibres," Bioinsp. Biomim. 5: 035002.

Herr, J.E. et al. (2010) "Stabilization and swelling of hagfish slime mucin vesicles," Journal of Experimental Biology, 213: 1092-1099.

Kreplak, L. and Fudge, D.S. (2007) "Biomechanical properties of intermediate filaments: from tissues to single filaments and back," Bioessays 29: 26-35.

Negishi, Atsuko et al. (2012) "The production of fibers and films from solubilized hagfish slime thread proteins," Biomacromolecules 13: 3475-82.

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