研究发现蜗牛通过钙化学调控粘液材料特性,五种粘液各具不同功能
8月7日消息,据《化学与工程新闻》(C&EN)报道,蜗牛的粘液远不止留下滑溜的痕迹。它可以润滑运动、将动物粘附在表面上、抵御捕食者,并在休眠期间保护其免受恶劣条件影响。通过检查森林蜗牛Cepaea nemoralis的分泌物,研究人员揭示了蜗牛粘液中的蛋白质含量和钙化学如何被调控以产生具有不同性质的材料。
该研究发表于Science(DOI: 10.1126/science.adx7367)。C. nemoralis产生五种类型的粘液。在足下,蜗牛分泌滑溜的粘液用于运动;一层薄薄的粘性粘液可将壳缘固定在表面上。受到干扰时,蜗牛释放粘稠的黄色粘液或大量泡沫。在冬眠期间,蜗牛用矿化粘液密封壳口。
研究人员发现,不同类型粘液的关键差异在于蛋白质组成和钙化学的调控。钙离子在粘液的网络形成中发挥核心作用——通过与蛋白质中的官能团交联,改变粘液的粘弹性、粘附性和机械强度。冬眠粘液中的钙含量和矿物相显著高于运动粘液,使其能够形成坚硬的密封层。
这一发现对生物启发材料设计具有重要意义。蜗牛粘液展示了如何通过简单的化学调控(钙离子介导的交联)实现材料性能的多样化——从液体润滑剂到刚性矿物密封剂。这种策略可为工程应用中的可编程粘附/润滑系统提供灵感,例如可控释放药物递送系统或响应性涂层。
研究团队使用多种分析技术表征了五种粘液的成分和流变学性质,包括蛋白质组学分析、钙成像和力学测试,建立了粘液组成与功能之间的定量关系。
(来源:C&EN)