Бисс
Биссус . ( / ˈ b ɪ s ə s / ) представляет собой пучок нитей, выделяемых многими видами двустворчатых моллюсков , которые служат для прикрепления моллюска к твердой поверхности Биссус есть у видов из нескольких семейств моллюсков, включая перьевые раковины ( Pinnidae ), настоящие мидии ( Mytilidae ) и Dreissenidae .
Нити
[ редактировать ]Нити биссуса создаются некоторыми видами морских и пресноводных двустворчатых моллюсков , которые используют биссус для прикрепления к камням, субстрату или морскому дну. У съедобных мидий несъедобный биссус, широко известный как «борода», удаляется перед приготовлением.
Многие виды мидий выделяют нити биссуса, чтобы прикрепиться к поверхности, и относятся к семействам, включающим Mytilidae , Arcidae , Anomiidae , Pinnidae , Pectinidae , Dreissenidae и Unionidae . [ 1 ] [ 2 ]
Механика
[ редактировать ]Биссус, или биссальный комплекс, состоит из множества внеклеточных коллагеновых нитей, которые мидии располагаются радиально от центрального стебля. Каждая нить состоит из трех областей: гофрированной проксимальной области, расположенной рядом с телом мидии, более длинной гладкой дистальной области, соединяющей проксимальную область с концевой бляшкой, и самой клейкой бляшки, которая удерживает мидию на поверхности. [ 3 ] Проксимальная область состоит из гофрированной оболочки, окружающей свободно расположенные спиральные волокна; эти катушки могут распутываться, растягивая волокно под действием приложенной силы. Дистальная область более упорядочена и состоит из выровненных пучков коллагеновых волокон, которые придают волокнам жесткость. Бляшка состоит из коллагеноподобных волокон на губчатом матриксе, в котором откладывается и затвердевает адгезивный белок. [ 4 ]
Цель биссуса - удерживать мидию прикрепленной к желаемой поверхности, и для этого биссальные нити должны быть способны выдерживать сильное циклическое движение из-за приливного действия вблизи береговой линии, где обитают мидии. Механические испытания живых мидий показали, что биссальные нити могут удлиняться на 39% до выхода из строя и на 64% до разрыва при номинальной скорости деформации 10 мм/мин. [ 3 ] Испытания на растяжение показывают, что нити демонстрируют три отдельные фазы: начальную жесткость как в дистальной, так и в проксимальной областях, размягчение из-за текучести в дистальной области и, наконец, усиление жесткости, непосредственно предшествующее разрушению при растяжении. [ 4 ] Способность дистальной части поддаваться, прежде чем сломаться, придает мидиям характерную выносливость даже при сильных приливах. [ 4 ] Были изучены многие переменные, влияющие на производительность биссальных нитей, включая видовые вариации, [ 5 ] сезонные колебания, [ 3 ] температурные воздействия, [ 6 ] и эффекты старения. [ 6 ] Температурные эффекты, в частности, показали, что температура стеклования составляет 6 °C. [ 6 ]
Количество нитей, которыми мидия прикрепляется, обычно составляет от 20 до 60; это может варьироваться в зависимости от вида, сезона или возраста мидий. В условиях циклических приливов радиальное распространение расположения волокон позволяет мидии динамически выравнивать большинство своих волокон в направлении приложенной силы. Это снижает нагрузку на любой поток, уменьшая вероятность сбоя и отсоединения. [ 4 ] Мидии также способны выбрасывать весь биссальный комплекс, включая центральную ножку, не повреждая себя. Комплекс можно просто регенерировать, и размещение волокон возобновится в течение 24 часов. [ 7 ]
Когда нога мидии попадает в расщелину, она создает вакуумную камеру, вытесняя воздух и выгибаясь вверх, подобно тому, как вантуз водопроводчика прочищает канализацию. Биссус, состоящий из кератина , хинонового белков дубления ( полифенольных белков ) и других белков, извергается в эту камеру в жидкой форме, аналогично литью под давлением при обработке полимеров, и пузырится в липкую пену. Сворачивая ножку в трубочку и накачивая пену, мидия производит липкие нити размером с человеческий волос. Затем мидия покрывает нити другим белком, в результате чего образуется клей. [ 2 ] Динамика прикрепления пластинки изучается как для имитации прочного клея, так и для создания покрытий, к которым пластинка не может прилипать. Стратегии удаления загрязнений, такие как фторполимерные краски и покрытия, пропитанные смазкой, являются активной областью исследований, важной для предотвращения загрязнения морских структур инвазивными видами мидий, такими как зебра и мидия квагга. [ 8 ]
Биомиметика
[ редактировать ]Byssus — замечательный клей, который не разрушается и не деформируется под воздействием воды, как многие синтетические клеи. [ 9 ] Замечательные свойства этого клея, в частности белков лапок мидий (Mfps), стимулировали множество попыток имитировать превосходную адгезионную способность, которую демонстрируют мидии, либо путем производства Mfps с помощью других организмов, либо путем создания синтетических полимеров с аналогичными свойствами. Например, генные инженеры вставили ДНК мидий в дрожжевые клетки, чтобы транслировать гены в соответствующие белки. [ 10 ] Синтетические подходы обычно используют катехол в качестве сшивающего агента для создания износостойких полимерных сеток. Имитация Mfp-3 для индукции коацервации является еще одним ключевым свойством, поскольку это защищает материал от частичного растворения в соленой воде. [ 9 ] Белковая структура биссуса напоминает структуру шелка, производимого насекомыми. [ 11 ] В других примерах биомиметических подходов к созданию клеев на основе мидий эти полимеры используются в качестве основы. [ 12 ] [ 13 ]
Биомиметический клей из биссуса применяется в биомедицинских клеях, [ 14 ] терапевтические применения, [ 15 ] и противообрастающие покрытия. [ 16 ]
Историческое использование
[ редактировать ]Биссус часто относится к длинным, тонким, шелковистым нитям, выделяемым большой средиземноморской раковиной пера Pinna nobilis . Нити биссуса этого вида Pinna могут достигать 6 см (2,4 дюйма) в длину, и исторически из них изготавливали ткань. [ 17 ] Ткань виссуса — это редкая ткань, также известная как морской шелк , которая изготавливается с использованием виссуса ракушек ручек в качестве источника волокна. [ 18 ] [ 19 ] Биссус Atrina pectinata , раковины того же семейства, использовался на Сардинии в качестве заменителя находящейся под угрозой исчезновения Pinna nobilis для плетения морского шелка. [ 20 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Тернер, Рут; Роузуотер, Джозеф (июнь 1958 г.). «Семейство Pinnidae в Западной Атлантике». Джонсония . 3 (38): 285–326.
- ^ Jump up to: а б Старр, Сеси; Таггарт, Ральф (2004). Биология: единство и разнообразие жизни . Бельмонт, Калифорния: Thomson Learning.
- ^ Jump up to: а б с Моезер, Гретхен М.; Кэррингтон, Эмили (15 мая 2006 г.). «Сезонные изменения в механике биссальной нити мидий» . Журнал экспериментальной биологии . 209 (10): 1996–2003. дои : 10.1242/jeb.02234 . ПМИД 16651564 . Проверено 8 мая 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Белл, Эмили; Гослайн, Джон (1 апреля 1996 г.). «Механическая конструкция биссуса мидий: выход материала повышает прочность крепления» . Журнал экспериментальной биологии . 199 (4): 1005–1017. дои : 10.1242/jeb.199.4.1005 . ПМИД 9318809 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ Брази, Шанна; Кэррингтон, Эмили (декабрь 2006 г.). «Межвидовое сравнение механических свойств мидий биссуса» . Биологический вестник . 211 (3): 263–274. дои : 10.2307/4134548 . JSTOR 4134548 . ПМИД 17179385 . S2CID 24797335 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Олдред, Ник (22 декабря 2007 г.). «Растяжимый и динамический механический анализ дистальной части биссальных нитей мидий (Mytilus edulis)» . Журнал интерфейса Королевского общества . 4 (17): 1159–1167. дои : 10.1098/rsif.2007.1026 . ПМК 2396211 . ПМИД 17439859 .
- ^ Пейер, Сюзанна (23 декабря 2008 г.). «Мидии-зебры закрепляют биссальные нити быстрее и крепче, чем мидии квагги в потоке» (PDF) . Журнал экспериментальной биологии . 212 (13): 2027–2036. дои : 10.1242/jeb.028688 . ПМИД 19525429 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ Верма, Шатакши (20 февраля 2019 г.). «Обзор защитных полимерных покрытий морского применения» . Журнал технологий и исследований покрытий . 16 (2): 307–338. дои : 10.1007/s11998-018-00174-2 . S2CID 139442176 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Форушани, Пега; Ли, Брюс (11 октября 2016 г.). «Последние подходы к разработке биоадгезивных материалов на основе клейкого белка мидий» . Журнал науки о полимерах. Часть A: Химия полимеров . 55 (1): 9–33. дои : 10.1002/pola.28368 . ПМК 5132118 . ПМИД 27917020 .
- ^ Роберт Л. Штраусберг; и др. (31 декабря 1989 г.). «Разработка микробной системы для производства клейкого белка мидий». Клеи из возобновляемых ресурсов . Серия симпозиумов ACS. Том. 385. стр. 453–464. дои : 10.1021/bk-1989-0385.ch032 . ISBN 978-0-8412-1562-7 .
- ^ Симмонс, Мириам; Хорбельт, Нильс; Сверко, Тара; Скоппола, Эрнесто; Джексон, Дэниел Дж.; Харрингтон, Мэтью Дж. (28 ноября 2023 г.). «Инвазивные мидии формируют шелковистый биссус посредством механической обработки массивных горизонтально полученных спиральных колец» . Труды Национальной академии наук . 120 (48): e2311901120. Бибкод : 2023PNAS..12011901S . дои : 10.1073/pnas.2311901120 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 10691215 . ПМИД 37983489 .
- ^ Ло Прести, Марко; Риццо, Джорджио; Фаринола, Джанлука М.; Оменетто, Фиоренцо Г. (август 2021 г.). «Биологический биоматериальный композит для высокоэффективных клеев на водной основе» . Передовая наука . 8 (16): e2004786. дои : 10.1002/advs.202004786 . ISSN 2198-3844 . ПМЦ 8373158 . ПМИД 34080324 .
- ^ Ло Прести, Марко; Островский-Снайдер, Николай; Риццо, Джорджио; Портогезе, Марина; Блази, Давиде; Фаринола, Джанлука М.; Оменетто, Фиоренцо Г. (29 августа 2023 г.). «Роль тирозина в биоинспирированных клеях на основе белка и дофамина: стехиометрия, которая максимизирует прочность сцепления» . Границы в науке о биоматериалах . 2 . дои : 10.3389/fbiom.2023.1184088 . ISSN 2813-3749 .
- ^ Аллен, Марк (май 2004 г.). «Проспективное рандомизированное исследование по оценке биоразлагаемого полимерного герметика для герметизации интраоперационных утечек воздуха, возникающих во время резекции легкого» . Анналы торакальной хирургии . 77 (5): 1792–1801. дои : 10.1016/j.athoracsur.2003.10.049 . ПМИД 15111188 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ Черный, Квар (14 августа 2012 г.). «Поверхностная функционализация золотых наностержней с помощью полидофамина для визуализации раковых клеток и фототермической терапии» . Наномедицина . 8 (1): 17–28. дои : 10.2217/nnm.12.82 . ПМЦ 3544340 . ПМИД 22891865 .
- ^ Далсин, Джеффри (9 декабря 2004 г.). «Сопротивление белкам поверхностей оксида титана, модифицированных биологическим mPEG-DOPA» . Ленгмюр . 21 (2): 640–646. дои : 10.1021/la048626g . ПМИД 15641834 . Проверено 9 мая 2021 г.
- ^ МакКинли, Дэниел (июнь 1998 г.). «Пинна и ее шелковая борода: набег на исторические присвоения». Ars Textrina: Журнал текстиля и костюмов . 29 :9–223.
- ^ Медер, Фелиситас (2002). «Проект «Морской шелк: новое открытие древнего текстильного материала». Информационный бюллетень по археологическому текстилю . 35 : 8–11.
- ^ Хилл, Джон (2009). Через Нефритовые ворота в Рим: исследование Шелкового пути во времена Поздней династии Хань, 1-2 века н.э. (2-е изд.). Чарльстон, Южная Каролина: Книжный всплеск. ISBN 978-1439221341 .
- ^ Кубелло, Стефания (2018). «Из души моря» (PDF) . Международный журнал Patek Philippe . Женева: Патек Филипп. стр. 35–39 . Проверено 17 августа 2024 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Словарное определение биссуса в Викисловаре
