Śluzem prosto w twarz: jak lepkie wydzieliny żab chronią je przed atakiem

Źródło zdjęcia: https://unsplash.com/. Autor: Samuel Giacomelli, opublikowano 12 sierpnia 2018 roku 

Tak naprawdę wiele gatunków żab wytwarza truciznę, której skutki mogą wahać się od łagodnych nudności do śmierci, więc tego typu czułości są z reguły nierozsądne. Ale co by było, gdyby żaba znalazła bardziej nietypowy sposób na obronę, który zamiast tego zostawiłby usta naszej bohaterki sklejone pocałunkiem?

Biologiczne kleje: opowieść stara jak świat

Podczas gdy ludzie używają głównie materiałów syntetycznych, aby uczynić rzeczy lepkimi, żaba - podobnie jak inne organizmy produkujące śluz - wytwarza tak zwany „biologiczny klej”. Te naturalnie wydzielane substancje są powszechne wśród zwierząt i często są niezbędne do ich przetrwania. Przykładowo, małże i pąkle wytwarzają rodzaj kleju, który trwale przytwierdza je do podwodnych powierzchni, podczas gdy inne zwierzęta zamieszkujące oceany, takie jak rozgwiazdy, używają innego, znacznie mniej trwałego rodzaju kleju, aby pomóc im się poruszać.

Najbardziej znanym przykładem na lądzie jest klej pajęczy, powszechnie używany do tworzenia lepkich pajęczyn w celu chwytania zdobyczy. Skupiamy się jednak na kręgowcach lądowych, z których najbardziej lepkimi są gekony i niektóre żaby drzewne. Są to przykłady „suchej” i „mokrej” przyczepności, co oznacza, że gekony przyklejają się do powierzchni, nie wytwarzając niczego, co przypomina klej, podczas gdy opuszki u nóg żab drzewnych są pokryte cienką warstwą śluzu lub wydzieliny.

Pomimo oczywistych różnic, oba rodzaje przylegania zostały opisane jako „samooczyszczające” i mogą pomóc nam w opracowaniu materiałów syntetycznych, które wykazują tę samą cechę. Sposoby, w jakie różne biologiczne kleje są formułowane, a następnie wydzielane, często wiążą się z cudownymi wyczynami naturalnej inżynierii. W innych przypadkach wydzielanie kleju ma jednak mniej wspólnego ze złożonymi operacjami geometrycznymi, a więcej z uwolnieniem dużych ilości śluzu jednocześnie.

Lepkie wydzieliny: niespotykany mechanizm obronny

Od tradycyjnej medycyny i szamańskich rytuałów po ludowe opowieści i mity, żaby i ropuchy mają znaczenie kulturowe na całym świecie. Szczególnie wyróżniają się gruczoły produkujące truciznę, które można wykorzystać do produkcji broni, lekarstw, a nawet halucynogenów.

Dotychczasowe badania nad mechanizmami obronnymi płazów koncentrowały się na cząsteczkach, które działają jak toksyny. Oprócz tego, niewielka liczba gatunków (w tym największy płaz na świecie, salamandra olbrzymia chińska) wymyśliła bardziej nietypową (i znacznie bardziej klejącą) strategię przetrwania: klej. Poznajcie pięknisia pomidorowego.

Pod wpływem stresu skóra zwierzęcia wydziela gęsty płyn, który w ciągu kilku sekund staje się niezwykle lepki. Z perspektywy żaby stres ten zwykle przybiera formę ataku drapieżnika. Szybkość, z jaką lepka wydzielina – w zasadzie lepki szlam – zamienia się w klej sprawia, że spożycie żaby przez drapieżnika staje się niemal niemożliwe, prawdopodobnie ze względu na irytację spowodowaną pokryciem warg i pyska klejem. Chociaż ta taktyka może brzmieć prymitywnie i nieelegancko, jest skutecznym mechanizmem obronnym, ponieważ daje żabie czas na ucieczkę.

Śledzenie ewolucyjnego szlaku śluzu

Chociaż klej jest rzadką cechą u żab, ewoluował kilka razy u gatunków, które rozprzestrzeniły się na różnych kontynentach. Moje niedawno opublikowane badania badają pochodzenie tej niezwykłej strategii przetrwania i to, dlaczego jest ona obecna u niektórych żab, ale nie u innych. Aby odpowiedzieć na te pytania, najpierw musieliśmy zidentyfikować składniki odpowiedzialne za lepkość żabiego kleju. Dokonaliśmy tego przy użyciu technologii, począwszy od mało zaawansowanych klocków Lego, a skończywszy na mikroskopach, które mogą powiększać obraz w nanoskali (miliardowej części metra). 

Co zaskakujące, odkryliśmy, że podstawowe składniki potrzebne do wytworzenia tego kleju są obecne u prawie wszystkich gatunków zwierząt, w tym u ludzi, lecz tylko płazy rozwinęły niezbędny zestaw narzędzi do przekształcania ich w klej. Nawet wśród płazów, tylko kilka wybranych gatunków - których obszar występowania obejmuje regiony tak odległe od siebie, jak Madagaskar, Brazylia czy Australia - faktycznie rozwinęło tę zdolność.

Odkryliśmy, że żaba deszczowa Mozambiku, którą od pięknisia pomidorowego dzieli około 100 milionów lat ewolucji, wykorzystuje te same podstawowe składniki i zestaw narzędzi do tworzenia własnej wydzieliny adhezyjnej. Być może najbardziej niesławnym zastosowaniem tego kleju jest przyklejanie samców żab do samic, co potwierdził sam Sir David Attenborough.

Od biologii po biomimikrę: naprawdę lepkie rozwiązanie

Chociaż klej żab jest fascynujący, jest również niezwykle szybki w działaniu i elastyczny, co oznacza, że ma ogromny potencjał do praktycznych zastosowań. Właśnie tutaj wkracza biomimetyka: dziedzina, która stara się naśladować procesy biologiczne, które natura ewoluowała przez miliony lat.

Dzięki naszym badaniom po raz pierwszy wiemy dokładnie, w jaki sposób klej jest wytwarzany przez czworonożne zwierzę. Wyobraź sobie, jak kleje medyczne inspirowane klejem żabim mogą być stosowane w chirurgii: nie tylko są mocne i nietoksyczne, ale są w stanie dostosować się i przykleić 
do praktycznie każdej powierzchni.

Więc następnym razem, gdy natkniesz się na niepozorną żabę, bądź delikatny – pamiętaj, że może ona kiedyś być kluczem do ponownego zasklepienia tkanek twojego serca.