Бісус — підводний шовк

Більшість двостулкових м’якунів мають особливу залозу, яка здатна до синтезу дуже тонких і надзвичайно міцних білкових ниток — бісусу. Така нитка на кінці має клейку краплинку, здатну приклеюватися до будь-яких поверхонь. Бісусні нитки зазвичай є в личинок двостулкових м’якунів, а в дорослих вони не утворюються. Проте є види, які й дорослими здатні до синтезу бісусу у великих кількостях. До них належать широко розповсюджена в Чорному морі мідія середземноморська та мешканка рік і Азовського моря дрейсена річкова. Ці м’якуни утворюють величезні колонії, приклеюючись за допомогою бісусу до найрізноманітніших підводних об’єктів: скель, пірсів, паль, затоплених дерев і кущів, гідротехнічних споруд, днищ кораблів тощо. Завдяки бісусу стало можливим створення мідієвих ферм у відкритому морі, адже тварини міцно приклеюються до конструкцій, на яких їх вирощують. А от античний історик і натураліст Геродот описував, що в Давньому Єгипті з бісусу пряли нитки й виготовляли особливу тканину — морський шовк, яким загортали мумії вельмож. Щоправда, його добували не з мідій, а із середземноморського м’якуна — піни (наголос на перший склад) шляхетної. Крафтярство морського шовку збереглось до наших днів в Італії, де поодинокі майстрині все ще прядуть бісус. А сучасна наука пішла далі — вчені, дослідивши білки бісусу, розробили на їхній основі хірургічний клей, що надзвичайно міцно склеює живі тканини. Цей клей використовують підчас операцій для новонароджених дітей, а в перспективі він може замінити хірургічні нитки. То ж нумо ближче придивимось до бісусу — незвичного феномену природи.

Мереживо, сплетене з бісусу

Мушля дрейсени річкової

Для спостережень нам знадобляться акваріум на 5-10 літрів із морською (для мідій) або прісною (для дрейсен) водою, маска для пірнання, дихальна трубка, гострий ніж, садок для зразків, пластикові відерця з кришками, лупа, ножиці, дерев’яна зубочистка, пластикова пляшка (2-5 л) із ручкою, лійка, склянка (250 мл), лабораторний журнал. Як завжди, усі свої спостереження записуємо на відео й розміщуємо в інтернеті.

Спершу готуємо акваріум. Його слід ретельно вимити й заповнити водою. Ґрунт ставити у акваріум не потрібно. Для акваріуму необхідний фільтр, що перемішуватиме і насичуватиме киснем воду. Коли акваріум буде готовим прийняти мешканців, вирушаймо на їхні пошуки. Молюсків слід збирати на мілководді, у місцях, де мідії чи дрейсени утворюють колонії. За допомогою гострого ножа перерізаємо бісусні нитки, якими тварини прикріплюються до субстрату, і складаємо молюсків у садок. На березі тварин слід перенести із садка в пластикові відерця з водою й закрити кришками. Окрім того, на мілководді нашукуємо та збираємо порожні черепашки молюсків, на яких є пучки бісусу. Удома молюсків слід акуратно розкласти поодинці на дні акваріуму. Тепер усе готове до спостережень.

Пучок ниток бісусу

У стані спокою молюски, розкладені на дні, відкриють стулки своїх черепашок, висунувши назовні сифони та краї мантії. Разом із тим тварини виставлять із черепашки свою довгу вузьку ногу, якою обмацають поверхню довкола й навіть спробують кудись поповзти. Уважно поспостерігай за допомогою лупи за поведінкою ноги молюска, адже саме за її допомогою тварина утворює й розтягує бісусові нитки. Зауваж, як саме та з якою швидкістю молюски утворюватимуть їх. У якій послідовності тварини причіплятимуть бісус до дна акваріуму? Полічи, скільки ниток утворив кожен молюск. Усі спостереження занотовуй у свій лабораторний журнал, а також записуй на відео.

Мідія, прикріплена до каменю нитками бісусу

За своєю природою бісус є білковим полімером, що синтезується більшістю двостулкових м’якунів на личинковій стадії життя. Проте деякі групи видів зберігають здатність до його синтезу впродовж усього життя. Як було сказано вище, бісус дозволяє м’якунам міцно прикріплюватись до підводних поверхонь, міцно утримуючи їх на місці під дією хвиль. Нитки бісусу синтезуються залозами, розміщеними на нозі двостулкового м’якуна. Бісусових залоз — три: стеблова, ниткова та платівкова. Стеблова залоза синтезує товсте бісусове стебло, що розміщується всередині черепашки мідії. Саме з ним з’єднуються бісусові нитки, які синтезує ниткова залоза ноги м’якуна. Платівкова залоза утворює білок платівки, яка приклеює нитку до підводного предмету. Хімічно бісус є подібним на колаген білком, схожим на той, що міститься, наприклад, у людській шкірі, нігтях, волоссі тощо. З цього білка складена нитка бісусу. Платівка побудована з шести різних білків, які називають ноговими білками, оскільки вони синтезуються ногою молюска. Утворення бісусу відбувається завдяки тонкій нозі мідії, яка витягується, знаходить предмет і виділяє на нього рідку суміш платівкових білків. Білки затвердівають, а тоді нога поволі виділяє колагеноподібний білок, тягнучи тонку нитку бісусу від платівки всередину черепашки, де уже є готове стебло. М’якун витрачає на це всього лиш близько 5 хвилин. Цей процес повторюється, аж поки черепашка не буде міцно приклеєна до підводного предмету.

Нитки бісусу під оптичним (ліворуч) та електронним (праворуч) мікроскопом

Для цього спостереження-експерименту нам потрібен цілий пучок бісусу, тому ножицями акуратно зістрижи нитки бісусу із зібраних на мілководді черепашок мідій. Частину волокон обережно склади в маленький пучок і почни сукати їх пальцями, скручуючи в тонку нитку. Злегка розтягуй її, не перестаючи сукати. Прив’яжи кінець нитки до зубочистки і продовжуй сукати, докладаючи нові пучки волокон бісусу. В міру подовження нитки, намотуй її на зубочистку. Коли увесь бісус буде використано, розмотай нитку із зубочистки і спробуй її розтягти. Якщо нитка зсукана добре, то вона не розірветься, а буде розтягуватися, оскільки білки бісусу дуже еластичні. Тепер перевірмо нитку на розрив. Одним кінцем прив’яжи нитку до гачка (наприклад, для рушників чи одежі), а до другого — порожню пластикову пляшку з ручкою так, щоб вона висіла (знизу під пляшку слід підкласти відро). Поміряй довжину нитки від гачка до ручки пляшки. Тепер крізь лійку влий до пляшки склянку води. Поміряй довжину нитки. Чи змінилася вона? Знову долий склянку води й знову поміряй довжину нитки. Доливай воду, поки не буде заповнена пляшка або нитка не обірветься. Зауваж, на скільки розтяглась нитка і яку масу води вона витримала. Усі результати занотуй до лабораторного журналу і зніми коротке відео зі своїми коментарями.

Оскільки бісусові нитки призначені для утримування мідій у дуже складному за своєю динамікою середовищі, наприклад, на скелях у зоні прибою, то його міцність повинна бути винятковою. Механічні властивості бісусу полягають у його міцності та еластичності. Як довели численні дослідження, нитки більш еластичні у вологому стані, аніж у висушеному. Дослідження на розрив нитки продемонстрували, що для цього необхідно прикласти тиск від 70 до 150 МПа. Це означає, що якби бісусова нитка мала товщину 1 м, то вона могла б витримати вантаж до 150 т! Звичайно товщина бісусових ниток близько 0,5 мм і площа перерізу приблизно 0,2 мм2. За такої товщини одна нитка бісусу, не розриваючись, витримує приблизно від 0,3 до 0,7 кг.

• 1. Які ще тварини здатні утворювати волокна? Чи відрізняється їх функція від тієї, яку виконує бісус молюсків?
• 2. Способом, що описаний у експерименті, порівняй міцність бісусових ниток із міцністю текстильних ниток з різних матеріалів (бавовни, шовку, синтетики). Чи є сенс, з огляду на забруднення довкілля, замінити в майбутньому текстильні нитки бісусовими?

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Тварини лікують 7 клас Драгулян", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)