Células de baba de mixino diseñadas a medida para disuadir la depredación
ARRIBA: Baba de mixino ISTOCK.COM, FFENNEMA
Los mixinos son conocidos por su baba defensiva, que puede hincharse de una pequeña secreción a una carga de baba en una fracción de segundo. La baba está formada por una red sinuosa de hebras de proteínas fibrosas que atrapan el agua de mar circundante, transformándola así en una mucosidad maliciosa que asfixia las branquias y las mandíbulas de los depredadores que atacan.
cortesía de yu zeng
La La biología de este limo ha fascinado durante mucho tiempo a los científicos de materiales y biólogos evolutivos, incluido Yu Zeng, biólogo evolutivo de la Universidad de Chapman en California. Zeng y sus colegas decidieron centrarse en las células de las glándulas que producen la sustancia resbaladiza de los peces y, en su artículo del 20 de septiembre en Current Biology, encuentran que estas células de baba difieren en tamaño y producen hilos de diferentes tamaños según en el tamaño del mixino, con los mixinos más grandes que poseen células productoras de hilos mucho más grandes de lo que se esperaría basándose únicamente en el tamaño del cuerpo. Estas células más grandes producen hilos más largos y gruesos, que conducen a una baba más viscosa capaz de disuadir incluso a los depredadores submarinos más imponentes. Zeng postula que el tamaño de las células puede haber evolucionado para defenderse de los diferentes depredadores de los mixinos, tanto grandes como pequeños.
El científico habló con Zeng sobre el nuevo artículo y los mixinos en general para aprender más sobre los viscosos superpoderes de estos extraños peces de aguas profundas.
El científico: ¿Qué te interesó en estudiar las células de los mixinos en particular?
Yu Zeng: Los mixinos son simplemente extraños. Están tan distantes de nuestra vida humana mundana porque viven en las profundidades del océano. No tienen cara, no tienen ojos y parecen extraños. Sabemos muy poco sobre su historia de vida, por lo que cualquier cosa sobre los mixinos es, por defecto, interesante.
En este proyecto en particular, estudiamos la morfología de la célula que genera este hilo. El hilo es un componente esencial para su limo defensivo, [y] también es una estructura muy, muy extraña.
El panorama general es. . . . El mixino más grande sería comido o atacado por peces más grandes. Y luego las especies más pequeñas serían atacadas por especies más pequeñas de depredadores, y luego vivirían en diferentes profundidades del océano. . . . Nos preguntamos si las células que producen los hilos, y luego los hilos mismos, cambian con el tamaño del cuerpo del mixino. En otras palabras, ¿los mixinos más grandes tienen una armadura más fuerte contra los depredadores?
El mixino del Pacífico (Eptatretus stoutii) en una red Cortesía de yu zeng
TS: Acerca de su proceso de investigación: ¿enfrentó algún desafío?
YZ: Puedo comenzar con el desafío simple que es el acceso a las muestras. . . .Puedes comprar ejemplares recién capturados a los pescadores, . . . pero solo hay un número limitado de especies [disponibles de esta manera]. . . . Si queremos comparar entre muchas especies, entonces tenemos que tomar muestras de especímenes de museo. Son especímenes preservados capturados por accidente durante reconocimientos a lo largo de la historia. Algunos tienen decenas de años. Algunos son frágiles. Entonces, en este estudio, mis coautores estudiaron los del museo, [y] tomaron muestras de las glándulas de especímenes en escabeche.
El segundo desafío es un poco más mental, porque cada vez Los veo, me recuerda a esas películas de extraterrestres. No tienen mandíbula inferior, por lo que cuando abren la boca, esta se pliega y despliega de adentro hacia afuera con dos mandíbulas laterales. No se abre hacia arriba y hacia abajo, sino que se despliega. Así que es realmente raro.
Y yo diría que un tercer desafío es conectar todos los puntos en diferentes niveles. En este estudio en particular, conectamos puntos sobre el tamaño del cuerpo y sobre el tamaño de la célula que forma el hilo, y luego sobre el hilo. Entonces, tengo que desarrollar modelos para conectar estos diferentes niveles. El animal completo es un nivel de cosas que es el animal completo interactuando con los depredadores. Y luego está [la] célula, la fisiología y la mecánica. . . . Y luego el tercer nivel, los hilos.
Tuve que desarrollar un modelo para ayudarnos a estimar el tamaño del hilo, porque cuando tomamos muestras del hilo, es una madeja empaquetada dentro del célula. No puedes medir directamente el hilo porque es súper delgado. Y es difícil de sacar. . . un hilo y luego use micropinzas [para] desplegarlo, desenredarlo y luego estirarlo y medirlo. Es casi imposible. Puede romper el hilo en cualquier momento. . . Luego, cuando tengo todos estos datos, tengo que escribir scripts, como programas de computadora, para hacer análisis.
TS: ¿Hubo algo que te sorprendió?
YZ: [La] alometría extrema, [que es] básicamente cómo cambia el tamaño de las células con el tamaño del cuerpo. . . [para las células productoras de hilos] este coeficiente es mayor que cualquier célula documentada previamente. Eso significa que las células se vuelven realmente grandes para producir los hilos.
Esto es sorprendente porque los tamaños de las células son relativamente consistentes en los animales. Mostramos cuánto excede la escala celular a la escala en otros casos, como en [células de mamífero]. [Esto] nos ayudará a comprender la flexibilidad de las células animales y proporcionará nuevos conocimientos sobre el mecanismo que impulsa la evolución del tamaño de las células. Los hilos son el polímero intracelular más grande que se conoce. ¿Qué significa eso?
YZ: Eso significa que la célula debe estar muy especializada y . . . cuando la célula crece en tamaño, volviéndose extremadamente grande, necesita un sistema de suministro más poderoso. Se necesita mucha energía para hacer crecer la proteína. . . . [La célula también] necesita otro[s] mecanismo[s] para ser estructuralmente rigurosa. . . [por lo que] no se deformará fácilmente.
Sospechamos que el crecimiento de estas glándulas, las células de hilo, es suministrado por otras células a su alrededor que] bombean energía hacia [ellos] y materiales para hacer hilos nuevos Luego, la mayor parte de la celda es ocupada por el hilo. . . . Los núcleos celulares [son] muy, muy pequeños, . . . menos del cinco por ciento del volumen. Eso significa que la célula ha renunciado a muchos otros orgánulos para poder hacer el hilo.
Imágenes de microscopía electrónica de barrido de las madejas de hilo de mixino Cortesía de Gaurav Jain
TS: ¿Hacia dónde ve el futuro de esta investigación? ¿Qué te gustaría explorar?
YZ: Este artículo es parte de un proyecto donde estudiamos cómo los mixinos hacen hilos. Estoy tratando de entender cómo se desarrolla todo este paquete o madeja de hilos, cómo crece de pequeño a grande, y cómo se forma, porque para hacer una madeja, [el hilo tiene] que tener muchos bucles, y [la célula tiene] que empaque los bucles de manera eficiente. ¿Cómo se logra el empaquetamiento dentro de una sola celda? Esa es una de las direcciones en curso.
En un nivel diferente, me interesaría entender la evolución del hilo. ¿Cuál es el origen de esta célula? ¿Cuál es la forma anterior? Porque cualquier cosa que mires que sea tan compleja y especializada tiene una forma simple y ancestral. Se deriva de algo que no es tan extraño, ni tan especializado, algo más normal. Es interesante ese proceso de transición de una forma normal, más simple, menos especializada, a esta forma especializada. Y es la toma de Marte. La primera que mencioné es probablemente la foto de la luna, y luego esta es la foto de Marte. Comprender el origen de estas estructuras complejas implica muchos campos de la biología celular, los biomateriales, la biomecánica, la geometría, la informática, la ciencia de los materiales y mucha programación para poder unir todos estos campos.
Nota del editor: esta entrevista ha sido editada por motivos de brevedad.