حلزون‌ها چگونه از یک مخاط، پنج ماده با کاربردهای متفاوت می‌سازند؟

حلزون بیشه می‌تواند از یک ماده پایه، پنج نوع مخاط با عملکردهای کاملاً متفاوت بسازد. پژوهشگران با بررسی این مخاط‌ها دریافتند که تفاوت عملکرد آن‌ها عمدتاً به تنظیم شبکه پروتئینی و میزان کلسیم بازمی‌گردد؛ سازوکاری که می‌تواند برای طراحی مواد پیشرفته الهام‌بخش باشد.

پنج کارکرد برای یک ماده

مخاط حلزون عمدتاً از آب تشکیل شده است، اما موکین‌ها و کربوهیدرات‌های پیچیده به آن بافت می‌دهند. حلزون با تغییر ترکیب این ماده، گاهی سطحی لغزنده برای حرکت ایجاد می‌کند و گاهی مخاطی چسبناک می‌سازد تا به سطوح مختلف بچسبد یا صدف خود را تثبیت کند.

• مخاط روان‌کننده: برای حرکت روی سطوح استفاده می‌شود.
• مخاط چسبنده: به چسبیدن به سطوح و تثبیت صدف کمک می‌کند.
• اپیفراگم: لایه‌ای حاوی کلسیت است که هنگام خواب زمستانی دهانه صدف را می‌بندد.
• مخاط زرد چسبناک: مخاطی دفاعی و مقاوم در برابر پارگی است.
• مخاط کف‌دار: نوعی مخاط دفاعی که احتمالاً برای خفه کردن شکارچیان کوچک به کار می‌رود.

کلاژن و کلسیم؛ ترکیب سازنده

در بررسی حلزون بیشه با نام علمی Cepaea nemoralis، هر پنج نوع مخاط با وجود تفاوت‌های مکانیکی، ترکیب پروتئینی مشابهی داشتند. کلاژن نوع شش یا نوع VI، اسکلت اصلی این شبکه‌ها را تشکیل می‌دهد.

کلاژن نوع شش در بدن انسان نیز در بافت‌هایی مانند ماهیچه، تاندون، پوست، غضروف و دیسک‌های بین مهره‌ای وجود دارد و به استحکام و انعطاف‌پذیری آن‌ها کمک می‌کند.

دو عامل تعیین‌کننده در ویژگی مخاط

1. مقدار پروتئین: افزایش پروتئین، شبکه مولکولی را متراکم‌تر و مخاط را محکم‌تر می‌کند. دو نوع مخاط دفاعی بیشترین مقدار پروتئین را داشتند.
2. کربنات کلسیم آمورف: کلسیم در مخاط مرطوب به اتصال عرضی شبکه پروتئینی کمک می‌کند و در مخاط خشک، با تبدیل شدن به کلسیت، استحکام ماده را افزایش می‌دهد.

الهام برای مواد آینده

این یافته‌ها نشان می‌دهد حلزون‌ها با تنظیم مقدار پروتئین و افزودن کلسیم، از یک ماده پایه، موادی با ویژگی‌های متفاوت تولید می‌کنند. چنین سازوکاری می‌تواند در توسعه چسب‌های سازگار با محیط زیست، پوشش‌های هوشمند و مواد پزشکی برای ترمیم زخم و تحویل دارو الهام‌بخش باشد.

پژوهش درباره این سازوکار در ژورنال Science منتشر شده است.