Медузы атакуют цель сверхскоростными «иглами»: новые исследования
Судорога — слишком деликатное слово для агонии, которая охватывает человека при контакте с щупальцами тропических медуз. Те, кому случалось выжить после столкновения с животным, описывают произошедшее так, словно с них живьем сдирали кожу. К счастью, большинство разновидностей медуз не опасны для человека, а их яд вызывает разве что незначительные ожоги.
Но как же этим безмозглым (в буквальном смысле) существам удается причинять столько боли? Медузы относятся к типу стрекающих, или книдарий (Cnidaria) и, по факту, являются одной из стадий жизненного цикла этих удивительных существ. Большинство из них обладают нематоцитами— стрекательными клетками, своего рода биологическими шприцами с ядом. Эти клетки могут использоваться как для охоты, так и для защиты от врагов. Специальная органелла в клетке, нематоцист, представляет собой колбовидную капсулу, к которой присоединена пустотелая витая нитевидная структура. На наружной части нематоцита находится книдоциль — «спусковой механизм», иглоподобный жгутик с воротничком из микроворсинок. Стоит задеть его, и нематоцист выстрелит, протыкая оболочку цели и внедряя в ее ткани полую стрекательную нить. В результате, токсичное содержимое нематоциста впрыскивается в ткани мишени.
Этот процесс занимает микросекунды и считается одним из самых быстрых органических действий. Подвижная часть органеллы испытывает ускорение, достигающее, по словам исследователя Ури Шавита, 50 000 000 м/с2! Вместе с коллегами из Хайфского университета и Технион-Израильского технологического института Шавит разработал эксперимент, чтобы выяснить, как этот механизм работает в толще воды. Ученые опубликовали результаты своих исследований в Journal of the Royal Society Interface.
Предыдущие исследования показали, что капсула получает такое ускорение от т. н. осмотического потенциала, когда крошечная — всего 10 микрон в поперечнике, — структура использует разницу между химическими свойствами воды вне и внутри тела медузы. Однако новая работа доказывает, что дело не только в этом: важен и сам механизм. Под микроскопом исследователи наблюдали, как нематоцисты медузы Rhopilema nomadica реагируют на раздражитель сначала в воде, а потом в масле. Масло не обладает подходящим осмотическим потенциалом, а потому иглы двигались на три порядка медленнее, чем в воде. В результате, ученые увидели, что игла на самом деле не вылетает из клетки как из пули, но тянется на стрекательной нити подобно гарпуну.
Понимание работы этого механизма поможет биологам разработать средства защиты человека от воздействия медуз. Тамар Лотан, один из авторов статьи, запустила стартап Nidaria, производящий солнцезащитный крем, который также предназначен для защиты кожи от нейротоксинов книдарий. Другая компания, основанная Lotan-Monterey Bay Labs, работает над гелем, который содержит нематоцисты морских анемонов и позволяет доставить лекарство в организм через кожу вместо использования шприца. Авторы отмечают, что исследования биомеханики медуз также будут использованы для создания осмотических нанотрубок, которые могут иметь применение в медицинской области или даже использоваться для выработки электроэнергии.