Клетки слизистых рыб-миксин нарушают лимит размера для создания крупных нитей слизи

Исследователи из Университета Чепмена (Ориндж, Калифорния) обнаружили, что крупные миксины выращивают чрезвычайно большие клетки, чтобы производить более прочные нити для своей защитной слизи.

Размер животных клеток, как правило, не меняется с размером тела (за редкими исключениями). Например, клетки печени мыши и слона не сильно различаются. Предыдущие исследования на млекопитающих показали, что клетки мозга и жировые клетки могут значительно меняться с размером тела, в основном потому, что они выполняют долгосрочные функции и могут расти без деления.

«Наша работа показала самый большой известный масштабный показатель (scaling exponent) среди животных клеток», — сказал доктор Ю Цзэн, первый автор исследования, опубликованного в Current Biology. «Мы проанализировали размер железистых нитевидных клеток (gland thread cells) миксин — которые производят шелкоподобные нити, укрепляющие слизь, — и обнаружили, что они увеличиваются с размером тела. Это означает, что на эволюционном древе миксин крупные виды производят крупные нитевидные клетки, несмотря на то, что они не являются близкородственными».

При атаке хищников эти похожие на угрей глубоководные животные выбрасывают слизь и нити, которые быстро образуют слизь, способную закупорить рот и жабры хищника. Нити образуют сеть внутри слизи и придают ей прочность. Учёные стремятся узнать больше о слизи миксин, чтобы понять, как в природе эволюционировали супербиоматериалы, и использовать эти знания в инженерии.

В этой работе исследователи взяли образцы 19 видов миксин, крупных и мелких, многие из которых были музейными экспонатами. Они разработали метод для измерения размера и формы множества нитевидных клеток по микроскопическим изображениям и объединили набор данных с эволюционным древом. В итоге были получены измерения более чем 11 700 клеток от 87 миксин длиной 10–80 см.

По сравнению с другими клетками позвоночных, нитевидные клетки миксин чрезвычайно велики. Самые крупные из них имеют длину около 250 микрометров, что даже больше, чем жировые клетки в брюхе слона. Их размер сильно зависит от размера тела миксины. Эти клетки демонстрируют масштабный показатель (показатель степени в степенном законе зависимости от размера тела) 0,55, что намного больше, чем самый высокий известный показатель для клеток позвоночных (0,18 для клеток мозга млекопитающих).

Исследователи выдвинули гипотезу, что такой рост клеток связан с давлением отбора на механические свойства производимых ими нитей. Моделирование показало, что в более крупных клетках нити становятся толще и длиннее. «Самые крупные миксины, длиной около 120 сантиметров, могут производить нити толщиной 4 микрометра и длиной около 20 сантиметров», — сказал Ю. Это говорит о том, что более крупные миксины, вероятно, взаимодействуют с более крупными хищниками и поэтому нуждаются в защите от более мощных атак.

«Более толстые нити могут выдерживать большее усилие до разрыва и делают слизь прочнее. Более длинные нити имеют схожее преимущество, так как могут перекрывать большее расстояние между жаберными дугами крупного хищника», — пояснил доктор Дуглас Фаддж, руководитель исследования.

«Наше исследование предполагает, что зависящие от размера тела взаимодействия с хищниками привели к глубоким изменениям в защитной слизи миксин, и эти изменения видны на клеточном и субклеточном уровне», — сказал Ю.

Сейчас исследователи изучают сложное развитие нити внутри железистых нитевидных клеток, чтобы понять, как каждая нить упакована в сложную структуру внутри крошечной клетки.