解开奇怪的hagfish的爆炸性粘液的线程

在黑暗的海洋深处数百米深处，一条鲨鱼滑向似乎是一顿饭的东西。它有点丑陋，像鳗鱼一样，并不是特别多肉，但仍然可能是食物。所以鲨鱼袭来。

这就是生物学和物理学的相互作用变得神秘的地方 - 就像鲨鱼发现它的晚餐被一片保护性粘液所打断，这些粘液在一片平静的ha鱼周围突然出现。

威斯康星大学麦迪逊分校数学教授Jean-Luc Thiffeault以及伊利诺伊大学的合作者Randy Ewoldt和Gaurav Chaudhary以数学方式模仿了hagfish的诱导防御机制，今天在英国皇家学会界刊上发表了他们的工作。

由于所有最奇怪的原因，海洋栖息的ha鱼是独一无二的。它有一个头骨，但没有脊柱或下巴。它的皮肤松散

身体，仅沿背部附着。它的牙齿和鳍是原始的，不发达的结构，最好用限定词描述 - “牙齿状”和“鳍状”。

但它有一个惊人的技巧，令人毛骨悚然，松散的皮肤袖子：在眨眼间(或攻击尾巴和牙齿的闪光)，hagfish可以在粘液中产生自身身体体积的许多倍。咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜咕噜“鲨鱼的嘴巴立刻充满了这种凝胶，”Thiffeault说。“事实上，它经常杀死它们，因为它会阻塞它们的鳃。”

这种凝胶是一种缠绕在一起的微观海水捕获线的网络，这些线是从沿着hagfish皮肤的腺体喷出的物质球中解开的。这些“绞线”直径只有百万分之一米(人类头发宽度的两倍)，但是如此密集地盘绕，它们可以包含多达15厘米的线。好奇的科学家们已经开始研究解开之前，将绞纱放入盐水中，看看它们分开了多长时间。

“hagfish在不到半秒的时间内完成它，但是在实验中需要花费数小时的时间才能使螺纹松动，”Thiffeault说，他的研究主要集中在流体动力学和混合上。“直到他们搅拌水，它发生得更快。搅拌就是这样。”

粘液建模者开始研究数学是否可以告诉他们咬合和晃动攻击的湍流水是否足以解开绞纱并制造粘液，或者是否有另一种机制 - 如化学反应提供一些弹出绞纱 - 是必需的。

Ewoldt是一名机械工程学教授，他的研究生Chaudhary开始在显微镜下解开绞纱，看着这个过程，因为线头的松散末端粘在一个移动的注射器的尖端上，拖尾长度从球上旋出。

“我们的模型取决于一个小块的想法，这个小块最初悬空，然后是一块被拉开的碎片，”Thiffeault说。“把它想象成一卷胶带。要开始从新卷上拉胶带，你可能不得不寻找最后的东西并用指甲撬起它。但如果已经有一个自由端，很容易用一些东西抓住它然后开始吧。“

展开需要在自由端上的阻力与绞纱上的相反推力之间存在足够大的差异 - 大于研究人员非正式地称为“剥离数”的临界点 - 以释放更多线程。

“如果整个事情在水中自由流动，那就不太可能发生，”Thiffeault说。“我们模型的主要结论是我们认为机制依赖于线程被其他东西捕获 - 其他线程，捕食者嘴巴内部的所有表面，几乎任何东西 - 而且它从那里它真的可以爆炸性的“。

它甚至不必是一个障碍。

“生物学就像它一样，它不一定非常精确。事情变得一团糟，”Thiffeault说。“那个领先的线程可以被抓住一点，然后滑倒，然后再次被抓住。只要它发生了足够的绞痛，你就会很快就会陷入困境。”

粘液中的粘蛋白，可以加速粘性蛋白质分解的粘蛋白可以促进绞痛，“但这些东西只能帮助流体动力学，”Thiffeault说，他曾经计算过游泳海洋生物混合的程度。海洋与他们的鳍和脚蹼。

他说：“很难想象除了流体动力学流动之外还有另一个过程可以导致这些时间尺度的爆裂。”“当鲨鱼咬下来时，确实会产生湍流。这会产生更快的流动，为这些事物提供种子的各种事物。没有什么比我们的模型更好地发生 - 这更好对于任何想要进行更多测量的人来说都是开始 - 但我们的模型显示出物理力量起着最大的作用。“

hagfish粘液的流体动力学不仅仅是一种好奇心。了解凝胶的形成和行为是许多生物过程和类似的工业和医学应用中的常见问题。“

我们将来喜欢处理的事情之一就是线程网络。我喜欢将材料建模为线程的大随机集合，“Thiffeault说。”纠缠线程的简单模型可以帮助我们了解网络如何决定许多不同的，有趣的材料的宏观属性。“

国家科学基金会(CBET-1342408)的资助帮助支持了这项研究。