Mnoho druhů olihní má zuby ostré jako břitva. Jen nejsou tam, kde byste je čekali. Každá z přísavek, které se táhnou podél chapadel chobotnic, skrývá prstenec zubů. Tyto zuby brání živočichovi v odplavání kořisti. Jsou také více než jen kuriozitou. Vědci chtějí vytvořit materiály inspirované olihněmi, které budou stejně silné jako tyto bodliny. Data z nové studie jim v tom mohou pomoci.
Než mohli začít navrhovat nové materiály, museli vědci pochopit, díky čemu jsou zuby olihní tak silné. Někteří z nich zahájili takovou práci tím, že se zaměřili na velké molekuly – přísavné proteiny – které zuby tvoří.
Pedagogové a rodiče, přihlaste se k odběru Cheat Sheet
Týdenní aktualizace, které vám pomohou používat Science News for Students ve výuce
Akshita Kumar je postgraduální student na Nanyang Technological University v Singapuru. Spolu s výzkumníky z Bioinformatického institutu A*STAR, který se nachází rovněž v Singapuru, její skupina identifikovala desítky proteinů suckerinů. Ty vytvářejí pevné, roztažitelné struktury, tzv. beta-listy, uvádí tým Kumar. (Díky těmto strukturám je silné a pružné také pavoučí hedvábí.) Nová data ukazují, že tyto proteiny chobotnic jsou termoplastické. To znamená, že se po zahřátí roztaví a po ochlazení opět ztuhnou.
„Díky tomu je možné materiál tvarovat a znovu použít,“ vysvětluje Kumar. Výsledky svého týmu představila koncem února na konferenci Biofyzikální společnosti v kalifornském Los Angeles.
S pomocí bakterií
Kumarova studie se zaměřila na suckerin-19, jeden z nejběžnějších těchto proteinů. Pracuje v laboratoři materiálového vědce Aliho Misereze, který studuje proteiny chobotnic od roku 2009.
Kumar nemusí chobotnicím odstraňovat zuby, aby mohl tyto proteiny studovat. Místo toho mohou vědci v Miserezově laboratoři „vycvičit“ bakterie, aby tyto proteiny vytvářely. Za tímto účelem vědci mění geny v jednobuněčných mikrobech. Tímto způsobem může tým získat spoustu proteinů suckerinu – i když v okolí není žádná chobotnice.
Vědci se dříve domnívali, že přísavné zuby chobotnic jsou vyrobeny z tvrdého materiálu zvaného chitin (KY-tin). „Dokonce i v učebnicích se někdy uvádí, že jsou vyrobeny z chitinu,“ poznamenává Kumar. To však není pravda, jak nyní ukázal její tým. Zuby také nejsou vyrobeny z minerálů, jako je vápník, které dodávají lidským zubům pevnost. Místo toho obsahují kroužkové zuby chobotnic bílkoviny a pouze bílkoviny. To je vzrušující, říká Kumar. Znamená to, že superpevný materiál lze vyrobit pouze z bílkovin – žádné další minerály nejsou potřeba.
A na rozdíl od hedvábí (například těch bílkovin, které vyrábějí pavouci nebo hmyz vytvářející kokony) se materiál chobotnic tvoří pod vodou. To znamená, že materiály inspirované olihněmi by mohly být užitečné na vlhkých místech, například uvnitř lidského těla.
Materiálový vědec Melik Demirel pracuje na Pensylvánské státní univerzitě v University Parku. Tam se zabývá proteiny olihní a ví o výzkumu v této oblasti. Singapurská skupina „dělá zajímavé věci“, říká. Kdysi v minulosti se singapurským týmem spolupracoval. Nyní, jak říká, „si konkurujeme.“
Spolupráce a konkurence pohánějí obor kupředu, poznamenává. Teprve v posledních několika letech začali vědci skutečně rozumět struktuře proteinů v zubech chobotnic. Doufá, že se mu tyto znalosti podaří dobře využít.
Nedávno Demirelova laboratoř vyrobila materiál inspirovaný chobotnicemi, který se dokáže sám zahojit, když se poškodí. Singapurská skupina se zaměřuje na pochopení toho, co příroda vytvořila v zubech. Demirel říká, že jeho tým se snaží vyrábět věci „nad rámec toho, co poskytla příroda.“
Power Words
(více o Power Words najdete zde)
bakterie (pl. bacteria) Jednobuněčný organismus. Obývají téměř všude na Zemi, od dna moří až po vnitřek živočichů.
vápník Chemický prvek, který je běžný v minerálech zemské kůry a v mořské soli. Nachází se také v minerálech kostí a v zubech a může hrát roli při pohybu některých látek do buněk a z buněk.
graduate student Někdo pracuje na získání vysokoškolského titulu tím, že navštěvuje kurzy a provádí výzkum. Tuto práci vykonává poté, co již absolvoval vysokou školu (obvykle čtyřleté studium).
materiálové vědy Studium toho, jak souvisí atomová a molekulární struktura materiálu s jeho celkovými vlastnostmi. Materiáloví vědci mohou navrhovat nové materiály nebo analyzovat ty stávající. Jejich analýzy celkových vlastností materiálu (například hustoty, pevnosti a teploty tání) mohou pomoci inženýrům a dalším výzkumníkům vybrat materiály, které jsou nejvhodnější pro nové použití.
minerál Látky tvořící krystaly, například křemen, apatit nebo různé uhličitany, které tvoří horniny. Většina hornin obsahuje několik různých minerálů smíchaných dohromady. Minerál je obvykle pevný a stabilní při pokojové teplotě a má specifický vzorec neboli recepturu (s atomy vyskytujícími se v určitém poměru) a specifickou krystalickou strukturu (což znamená, že jeho atomy jsou uspořádány v určitých pravidelných trojrozměrných vzorcích). (ve fyziologii) Stejné chemické látky, které tělo potřebuje k tvorbě a výživě tkání pro udržení zdraví.
molekula Elektricky neutrální skupina atomů, která představuje nejmenší možné množství chemické sloučeniny. Molekuly mohou být tvořeny jednotlivými typy atomů nebo různými typy. Například kyslík ve vzduchu je tvořen dvěma atomy kyslíku (O2), ale voda je tvořena dvěma atomy vodíku a jedním atomem kyslíku (H2O).
kořist (n.) Živočišný druh, kterým se živí ostatní. (v.) Napadnout a sežrat jiný druh.
proteiny Sloučeniny tvořené jedním nebo více dlouhými řetězci aminokyselin. Bílkoviny jsou nezbytnou součástí všech živých organismů. Tvoří základ živých buněk, svalů a tkání; vykonávají také práci uvnitř buněk. Mezi nejznámější samostatné bílkoviny patří hemoglobin v krvi a protilátky, které se snaží bojovat proti infekcím. Léky často působí tak, že se na bílkoviny navážou.
hedvábí Jemné, pevné a měkké vlákno, které spřádá řada živočichů, například bource morušového a mnoho dalších housenek, mravenci tkalci, mouchy kadeřnice a – opravdoví umělci – pavouci.
Singapur Ostrovní stát, který se nachází nedaleko cípu Malajsie v jihovýchodní Asii. Dříve anglická kolonie, v roce 1965 se stal nezávislým státem. Jeho zhruba 55 ostrovů (největší je Singapur) má rozlohu asi 687 km2 a žije na nich více než 5,6 milionu lidí.
chobotnice Člen čeledi hlavonožců (kam patří také chobotnice a sépie). Tito draví živočichové, kteří nepatří mezi ryby, mají osm ramen, žádné kosti, dvě chapadla, která zachycují potravu, a definovanou hlavu. Živočich dýchá žábrami. Plave tak, že zpod hlavy vypuzuje proudy vody a pak mává ploutvovitou tkání, která je součástí pláště, svalového orgánu. Stejně jako chobotnice může maskovat svou přítomnost vypouštěním oblaku „inkoustu“.
výhonek (v botanice) Výhonek z báze rostliny. (v zoologii) Útvar na chapadlech některých hlavonožců, jako jsou olihně, chobotnice a sépie.
suckeriny Rodina strukturních bílkovin, které tvoří základ mnoha přírodních látek, od pavoučího hedvábí až po zuby na přísavkách olihní.
termoplastické Označení pro látky, které se zahřátím stávají plastickými – mohou měnit tvar – a po ochlazení ztuhnou. A tyto změny tvaru lze opakovat stále dokola.