Tak ukwiały morskie wystrzeliwują swoje jadowite żądła

Ukwiały morskie, zwierzęta, które przy pierwszym spotkaniu wyglądają jak rośliny, potrafią z ogromną prędkością wystrzeliwać swoje jadowite żądła. W rzeczywistości są one tak bardzo szybkie, że dopiero teraz udało się szczegółowo zbadać architekturę tej naturalnej broni.

W tym artykule dowiesz się szczegółowo, jak działa cały proces. Nie przegap niczego, ponieważ masz tu dowód na to, że złożoność może istnieć w rzeczach najmniejszych i najbardziej obcych naszej percepcji. Zacznijmy.

Czym to jest ukwiał morski?

W pierwszej kolejności należy poznać dokładniej zwierzęta, które są bohaterami tego opracowania. Ukwiały to cnidarians, które należą do rzędu Actiniaria i są krewnymi koralowców i meduz. Jak wskazuje ich nazwa, żyją w morzu, a konkretnie na dnie morskim, gdzie dzięki dyskowi pedałowemu przylegają do podłoża lub skał.

Są to samotne polipy, które wznoszą się na swoim cylindrycznym ciele, aby rozwinąć macki wokół tarczy ustnej, gdzie znajduje się otwór prowadzący do układu pokarmowego. To właśnie w tych mackach znajduje się ich broń – nematocysty.

Nematocysty, bardzo złożona broń naturalna

Nematocysta, zwana też komórką parzydełkową, jest organellą subkomórkową tworzoną przez cnidocyty, komórki specjalizujące się w tworzeniu tych żądeł. Występują one u wszystkich parzydełkowców, nie tylko u ukwiałów, więc można o nich przeczytać także wtedy, gdy dokumentuje się np. jadowite meduzy.

Ponieważ ich zadaniem jest zaszczepienie jadu (lub zakotwiczenie się na dnie morza w przypadku prądu), nematocysty mają kształt cienkiej kapsułki przymocowanej do rurkowatej nitki. Niektóre z nich mają małe wypustki, które działają jak harpun, tzn. łatwo wbijają się w ofiarę, ale nie wychodzą.

Nie wszystkie nematocysty mają wypustki, ponieważ niektóre przystosowały się do przebijania skóry ofiary i szybko się zwijają.

Tajemnica tego, jak ukwiały morskie wystrzeliwują swoje żądła, została rozwikłana

Proces ten, w którym parzydełkowce wystrzeliwują swoje nematocysty, jest tak szybki, że wcześniej znano tylko przybliżony sposób jego działania u ukwiałów morskich. W czerwcu 2022 roku mechanizm i architektura zostały szczegółowo opisane w pracy opublikowanej w czasopiśmie Nature.

Gatunkiem wykorzystanym w eksperymencie był Nematostella vectensis, pochodzący ze słonych stawów i płytkich estuariów na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych. Jego macki są uzbrojone w setki jadowitych żądeł (nematocyst), które pomagają ukwiałowi morskiemu polować na ofiary, w tym krewetki i plankton w jego środowisku.

Nematostella vectensis jest w stanie złapać swój pokarm w ciągu setnych części sekundy. Jak możesz sobie wyobrazić, potrzeba było trochę pomysłowości i nowoczesnej technologii, aby szczegółowo ocenić cały proces.

Mechanika wystrzeliwania nematocyst

Aby zarejestrować cały proces, w którym ukwiały morskie wystrzeliwują swoje żądła, naukowcy wykorzystali barwnik fluorescencyjny wprowadzony do ciała zwierząt oraz technologię skaningowej mikroskopii elektronowej. W ten sposób udało im się uzyskać trójwymiarową rekonstrukcję całego procesu.

Nić, która odrywa się od żądła, jest odpowiedzialna za zaszczepienie jadu. Zanim opuści nematocyt, owija się wokół centralnej osi. To właśnie ten wałek uruchamia się  przez bodźce mechaniczne, rozciągając się i obracając jak skarpetka. Dzięki temu impulsowi włókno zawierające jad biegnie w kierunku końca trzonu, wchodząc wraz z nim w ciało swojej ofiary.

Szybkość uwalniania nematocysty jest spowodowana wzrostem ciśnienia osmotycznego wewnątrz kapsuły.

Kiedy ukwiał morski Nematostella vectensis wystrzeli w ten sposób swoje żądło, traci je. Wówczas musi je odtworzyć, a proces ten realizują komórki zwane nematocytami. Są to również kapsuły, które eksplodują, uwalniając nematocystę.

Znaczenie tego odkrycia

To badanie pokazuje złożoność mechanizmu wyzwalania nematocyst, który działa jak samoskładająca się mikrostruktura biologiczna. Szczegółowe zrozumienie tego procesu nie tylko odkrywa kolejną tajemnicę natury. Otwiera całą dziedzinę badań, w której my, ludzie, po raz kolejny możemy go naśladować, aby poprawić jakość naszego życia.

Tak skomplikowane organelle są idealnym modelem dla urządzeń w skali mikro. Na przykład technologia medyczna bardzo skorzystałaby z urządzenia w mikroskali, które wyzwala substancje w odpowiedzi na określone bodźce.

Takie badania są dowodem na to, że musimy nadal poszukiwać tych płaszczyzn, które leżą poza naszą percepcją. Wyzwolenie się od myśli, że jesteśmy najbardziej złożonymi istotami na Ziemi, jest kluczem do dalszego zrozumienia świata i poprawy naszego życia.