Colle, Fly, Colle, Université de l'Utah Nouvelles
La nouvelle étude, financée par la National Science Foundation. est fixé pour publication cette semaine Biomacromolécules. une revue de l'American Chemical Society.
Il y a des milliers d'espèces de trichoptères dans le monde entier dans un ordre d'insectes appelés trichoptères qui sont liés à des lépidoptères. l'ordre qui comprend les mites et les papillons qui tournent soie sèche. Parce que les trichoptères sont mangés par la truite, pêche à la mouche aux leurres trichoptères. Certaines espèces passent leurs stades larvaires le développement sous-marin, et de construire un boîtier ou un abri, en forme de tube pouces de long autour d'eux en utilisant la soie collante et grains de roche ou de sable. D'autres espèces utilisent la soie, les petits bâtons et des morceaux de feuilles.
Chaque larve a une tête et quatre jambes décollées du tube. Le cas des larves est souvent conique, car il devient plus large que la larve se développe. Une larve de trichoptères nymphose éventuellement, sceller le tube comme il se transforme en un adulte voler et écoutilles.
« La pénétration réussie de trichoptères dans les habitats aquatiques divers est en grande partie en raison de l'utilisation inventive par leur larve de la soie sous-marine pour construire des structures élaborées pour la protection et la cueillette de nourriture, » la nouvelle étude dit.
Trichoptères tombent en sous-groupes. Brachycentrus écho. l'espèce Stewart a étudié, est l'un des casemakers, qui construisent leur cas, puis faites-le glisser sous l'eau avec eux comme ils la recherche de nourriture. Certaines larves sont phrygane retreatmakers, qui construisent un abri en forme de dôme stationnaire collé à un rocher, avec un filet de soie pour attraper la nourriture qui passe.
De la colle Sea Sticky Fly Silk
Stewart étudie des adhésifs naturels, y compris de la colle produite dans les eaux océaniques intertidales par le ver château de sable. Il a un potentiel de colle pour réparer les petits os cassés.
« Nous avons regardé à l'intérieur d'un cas à travers un microscope et vu ces barres de soie entre les rochers et a réalisé ce qui est vraiment intéressant », dit-il. « Je suis rentré et mis mes bottes de pêche à la mouche et a commencé à errer ruisseaux de montagne à la recherche de larves de trichoptères. »
Stewart et étude co-auteur Ching Wang Shuen - qui travaille dans le laboratoire de Stewart - ont étudié les espèces de trichoptères B. écho du cours inférieur du fleuve Provo environ une heure au sud de Salt Lake City. étudiant de premier cycle Bioengineering Nick Ashton a rassemblé les larves de mouche et compris comment les garder en vie dans le laboratoire.
« Il y a juste une fascinante diversité de ces insectes. Leur adhésif est capable de se lier à un large éventail de surfaces sous-marines: molles et dures, organiques et inorganiques. Si nous pouvions copier cet adhésif il serait utile sur un large éventail de types de tissus « .
larves Caddisfly extruder ruban de soie adhésive sur un organe connu sous la filière. Les produits de deux glandes soie y convergent, de sorte que l'adhésif extrudé ressemble à un double ruban avec une couture le long chemin. Les larves tissent ce maillage collant avant et en arrière autour des grains de sable, des bâtons ou morceaux de feuilles pour créer les tubes qu'ils occupent.
Stewart et ses collègues ont grandi les larves de trichoptères dans des aquariums, mais avec des perles de verre au lieu des grains de sable et de roches trouvées dans les ruisseaux. Les larves ont élargi leurs cas de roche en utilisant les perles qui ont été collées ensemble de l'intérieur par des rubans de soie humides.
Les chercheurs ont rompu quelques perles pour obtenir des échantillons propres de la soie. Ils ont analysé la soie en utilisant plusieurs procédés, y compris la microscopie électronique à balayage, qui montre comment les fibres de soie cousues ensemble les perles de verre à l'intérieur du boîtier de logement.
« Il est comme utiliser du scotch à l'intérieur d'une boîte pour le tenir ensemble », dit Stewart. « Il est vraiment comme une bande plus que toute autre chose - une bande qui fonctionne sous l'eau. »
Stewart n'a pas étudié la force de la soie trichoptères, mais prévoit de le faire.
« Threads individuels ne sont pas très forte, mais elle fixe des dizaines d'entre eux. Si nous pouvons copier ce matériel et de faire bande hors de lui, la force de liaison monterait considérablement « .
La chimie et la structure de soie humide de trichoptères
L'étude de Stewart comprenait une analyse détaillée de la chimie et de la structure de la soie trichoptères, montrant comment il est semblable à ce que les papillons produisent ver à soie à usage textile et même de soie toile d'araignée, mais avec des adaptations qui le font fonctionner sous l'eau.
Stewart dit que son objectif était de caractériser la fibre de soie adhésive « dans le but d'essayer de le copier » pour une version synthétique peut être utilisé comme adhésif chirurgical.
Il a trouvé la soie phrygane est une fibre constituée de grosses protéines nommées fibroïne (fye-bro-in) avec une serine nommé d'acides aminés qui constituent un cinquième des acides aminés de fibroïne.
La principale différence entre les soies sèches de papillons diurnes et nocturnes et soies humides de trichoptères est que les sérines dans la soie trichoptères sont « phosphorylée » phosphates qui signifie sont ajoutés aux sérines comme la protéine de soie fibroïne est synthétisé.
« Phosphates sont des promoteurs d'adhérence bien connus utilisés dans les appareils dentaires comme les couronnes ou plombages », dit Stewart. « Ils sont aussi dans les peintures au latex qui sont à base d'eau, et les phosphates augmentent l'adhésion de ces peintures. L'industrie de la peinture a découvert ce assez récemment. Trichoptères ont fait cela pour au moins 150 millions d'années « .
Les phosphates attachés aux sérines sont chargées négativement. D'autres acides aminés dans la protéine sont chargés positivement. Stewart a constaté que est un facteur clé dans la fabrication de la soie sous-marine. Les chaînes de protéines - chacune des régions alternées de charges positives et négatives - ligne en parallèle avec des charges positives et négatives qui attirent les uns des autres.
« Imagine ces chaînes côte à côte alignés, mais échelonnés de façon à les avantages et les inconvénients sont alignés, qui forme alors des fibres de soie avec beaucoup, beaucoup de ces chaînes de protéines dans une fibre », dit Stewart. « Vous ne seriez pas en mesure de faire des chemises sur, mais vous pourriez être en mesure de faire sparadraps humide. »
Stewart a fait une conclusion contraire à l'intuition sur la façon dont les soies humides sont faites. « Ces protéines de fibroïne qui composent les soies sont solubles dans l'eau en raison des charges électriques. Ironie du sort - ce qui est notre hypothèse pour l'instant - l'association de ces plus ou moins les frais qui les rend insolubles dans l'eau. Voici comment vous faites une fibre de soie sous l'eau « .
Comparaison avec les acides aminés de trois autres espèces de trichoptères trouvé de grandes similitudes, ce qui suggère d'autres trichoptères utilisent également la phosphorylation pour filer sous l'eau de la soie.
Stewart dit trichoptères soie et colle ver Sandcastle sont similaires: leurs protéines sont fortement phosphorylée et ont un grand nombre d'acides aminés chargés positivement.
Selon lui, la capacité de faire des adhésifs sous-marine a maintenant été identifié dans quatre phylums - grandes catégories d'organismes vivants - qui comprennent les trichoptères, les vers Sandcastle, les moules et les concombres de mer.
« Ils sont venus à cette solution sous-marine d'adhésion totalement indépendante », montrant qu'il a évolué à plusieurs reprises en raison de sa valeur pour aider les créatures vivent et se développent, dit Stewart.
Images de presse
Cette larve de trichoptères - connu sous le nom d'un rouleau de roche pour l'Utah et le Wyoming pêcheurs à la mouche - vit sous l'eau et tourne la soie collante naturelle pour construire une maison mobile sous l'eau ou en cas des grains de sable et de roche (moitié droite de l'image). Mais quand il est placé dans un aquarium de laboratoire avec des perles de verre, la larve utilise ces perles pour continuer à construire son boîtier (centre). Université de l'Utah bioingénieur Russell Stewart a caractérisé la soie adhésif humide s des trichoptères # et espère synthétiser une version pour l'utiliser comme un ruban adhésif pendant la chirurgie.
Fred Hayes pour l'Université de l'Utah.
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Cette larve de trichoptères - connu sous le nom d'un rouleau de roche pour l'Utah et le Wyoming pêcheurs à la mouche - vit sous l'eau et tourne la soie collante naturelle pour construire une maison mobile sous l'eau ou en cas des grains de sable et de roche (moitié droite de l'image). Mais quand il est placé dans un aquarium de laboratoire avec des perles de verre, la larve utilise ces perles pour continuer à construire son boîtier (centre). Université de l'Utah bioingénieur Russell Stewart a caractérisé la soie adhésif humide s des trichoptères # et espère synthétiser une version pour l'utiliser comme un ruban adhésif pendant la chirurgie.
Crédit photo: Fred Hayes pour l'Université de l'Utah.
Cette image d'un microscope électronique à balayage, grossie 100 fois, montre un maillage de mouillé ruban de soie adhésive produite par une larve phrygane à assembler à l'intérieur de son boîtier abri, réalisé avec des billes de verre, il a été donné dans un aquarium de laboratoire. Université de l'Utah bioingénieur Russell Stewart espère que cet adhésif naturel peut être transformé en un ruban adhésif pour des utilisations chirurgicales.
L'Université de l'Utah
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Cette image d'un microscope électronique à balayage, grossie 100 fois, montre un maillage de mouillé ruban de soie adhésive produite par une larve phrygane à assembler à l'intérieur de son boîtier abri, réalisé avec des billes de verre, il a été donné dans un aquarium de laboratoire. Université de l'Utah bioingénieur Russell Stewart espère que cet adhésif naturel peut être transformé en un ruban adhésif pour des utilisations chirurgicales.
Crédit photo: L'Université de l'Utah
En dépit de sa ressemblance avec Hollywood # 's fiction Alien, la créature montrée ici est une larve trichoptères connu ouest américain pêcheurs à la mouche comme un rouleau de roche. La larve construit et porte son propre cas d'un abri sous l'eau, en utilisant des rubans de soie collante naturelle pour assembler des grains de sable et de roche (arrière droite de cette photo.) Mais quand il est placé dans un aquarium de laboratoire avec des perles de verre au lieu de grains de sable, la larve utilise sa soie humide pour ajouter des perles à son boîtier abri (centre). Russell Stewart, Université de l'Utah bioingénieur, espère faire une version synthétique de la soie trichoptères pour être utilisé comme adhésif chirurgical.
Fred Hayes pour l'Université de l'Utah.
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En dépit de sa ressemblance avec Hollywood # 's fiction Alien, la créature montrée ici est une larve trichoptères connu ouest américain pêcheurs à la mouche comme un rouleau de roche. La larve construit et porte son propre cas d'un abri sous l'eau, en utilisant des rubans de soie collante naturelle pour assembler des grains de sable et de roche (arrière droite de cette photo.) Mais quand il est placé dans un aquarium de laboratoire avec des perles de verre au lieu de grains de sable, la larve utilise sa soie humide pour ajouter des perles à son boîtier abri (centre). Russell Stewart, Université de l'Utah bioingénieur, espère faire une version synthétique de la soie trichoptères pour être utilisé comme adhésif chirurgical.
Crédit photo: Fred Hayes pour l'Université de l'Utah.