Physiology, Biomechanics, and Biomimetics of Hagfish Slime

Abstract

Hagfishes thwart attacks by fish predators by producing liters of defensive slime. The slime is produced when slime gland exudate is released into the predator's mouth, where it deploys in a fraction of a second and clogs the gills. Slime exudate is composed mainly of secretory products from two cell types, gland mucous cells and gland thread cells, which produce the mucous and fibrous components of the slime, respectively. Here, we review what is known about the composition of the slime, morphology of the slime gland, and physiology of the cells that produce the slime. We also discuss several of the mechanisms involved in the deployment of both mucous and thread cells during the transition from thick glandular exudate to ultradilute material. We review biomechanical aspects of the slime, along with recent efforts to produce biomimetic slime thread analogs, and end with a discussion of how hagfish slime may have evolved.

Yarının Yüksek Performanslı Liflerine Doğal Bir Yaklaşım: Balık Asalağı Salgısı Lifleri

“…Çenesiz balıklar sınıfına ait olan balık asalaklarının (hagfish) yaklaşık 80 türü bulunmaktadır [8,9]. Genellikle soğuk sularda, 5000 metreye varan derinliklerde ve yumuşak deniz zeminin bulunduğu bölgelerde yaşamaktadırlar [7,8,10].…”

“…Balık asalaklarının salgı bezleri içerisindeki sıvı (eksüda), organik bir bileşik olan metilamin (CH 3 NH 2 ) bakımından oldukça zengindir. Bu sayede Salgı lifi hücrelerinin (Gland Thread Cells-GTCs) ürettiği ara filamentlerin hücre içerisinde birbirlerine sarılı kaldığı düşünülmektedir [9].…”

“…Elips şeklinde olup sarmal bir yapıya sahip olan bu lif topluluğu elipsin tabanından en üst noktasına kadar iç içe geçmiş konik formda lif eğrilerinden oluşur (Şekil 3-b ve Şekil 3-c) [9]. Şekil 3-a'da bu lif hücrelerinin gelişimi sırasında GTC çekirdeklerinin (nucleus) zamana bağlı boyut ve şekil değişimi gösterilmektedir [9,17,19]. Şekil 3-d'de ise balık asalağının salgı bezleri tarafından üretilen sarmal yapılı lif hücrelerinin sitoplazma içerisindeki halinin SEM görüntüsü ve bu sarmal yapının salgı bezi duvarları içerisinde çözülürkenki görüntüsü verilmiştir [29].…”

“…Şekil 3-d'de ise balık asalağının salgı bezleri tarafından üretilen sarmal yapılı lif hücrelerinin sitoplazma içerisindeki halinin SEM görüntüsü ve bu sarmal yapının salgı bezi duvarları içerisinde çözülürkenki görüntüsü verilmiştir [29]. Ayrıca olgun bir lif yumağı içerisinde iç içe geçmiş konik sarmal lif düzenine sahip liflerin çözülüp serbest hale geçmesinde, deniz suyunun hızlandırıcı bir etkiye sahip olduğu kaydedilmiştir [9]. GTC (salgı lifi hücreleri) tarafından üretilen salgı lifleri ara filament (Intermediate Filaments) ailesine ait α, β, ve γ olmak üzere üç farklı proteinden meydana gelmektedir.…”

“…Hem yapıları hem de mekanik özellikleri ile diğer α-keratin ara filamentleri içeren lifli yapılardan ayrılmaktadır [25,33]. Saç gibi doğal keratin içerikli protein lifinin çok hücreli yapılarının aksine balık asalağı salgısı lifleri tek bir hücre içerisinde oluşur [9,25]. [12,20,34].…”