Şayak Sineğinin Su Altı İpek Yapıştırıcıları

İpekböceği güveleri, kelebekler ve örümcekler gibi, şayak sineği larvaları da ipeği döndürür, ancak bunu kuru arazide su altında yaparlar. Utah Üniversitesi araştırmacıları, sinek ipeğinin ıslak olduğunda neden yapışkan olduğunu ve bunun ameliyat sırasında yapışkan bant olarak nasıl değerli olabileceğini keşfettiler.

Biyomühendislik profesörü ve sinek ipeğinin kimyasal ve yapısal özellikleri ile ilgili yeni bir çalışmanın baş yazarı olan Russell Stewart, “Batı sinek balıkçıları tarafından ‘Kaya silindirleri’ olarak bilinen şayak sineği larvalarından elde edilen ipek, bir gün ıslak dokulara yapışmak için tıbbi bir biyoyapıştırıcı olarak yararlı olabilir ” diyor.

“Bunu, belki de ameliyatta dahili olarak kullanılan ıslak bir yara bandı olarak hayal ediyorum-dikişlerin aksine bir kesiği kapatmak için bir bant parçası kullanmak gibi” diye ekliyor. “Bir şeyleri su altında birbirine yapıştırmak kolay değil. Hiç duşta yara bandı takmayı denediniz mi? Bu böcek bunu 150 milyon ila 200 milyon yıldır yapıyor.”

Kuru ipek eğiren güveleri ve kelebekleri içeren Lepidoptera ile akraba olan Trichoptera adlı böcekler sıralamasında dünya çapında binlerce şayak sineği türü bulunmaktadır. Bazı türler larva evrelerini su altında geliştirerek geçirirler ve yapışkan ipek ve kaya veya kum taneleri kullanarak etraflarında bir inç uzunluğunda, tüp şeklinde bir kasa veya barınak inşa ederler. Diğer türler ipek, küçük çubuklar ve yaprak parçaları kullanır.

Her larvanın bir kafası ve tüpten çıkan dört bacağı vardır. Larva gövdesi genellikle koniktir, çünkü larva büyüdükçe genişler. Şayak sineği larvası koza yapar, yetişkin bir sineğe dönüştüğünde tüpü kapatır ve sonra yumurtadan çıkar.

Su şayak sineği ve karasal kelebekler ve güveler, yaklaşık 150 milyon ila 200 milyon yıl önce ortak bir ipek iplik atasından ayrıldı. Şayak sineği şimdi dünyanın her yerinde hızlı akarsulardan sessiz bataklıklara kadar değişik koşullardaki sularda yaşıyor.

Yeni çalışma, “Şayak sineğinin çeşitli su habitatlarına başarılı bir şekilde nüfuz etmesinin sebebi, su altı ipek larvalarının koruma ve gıda toplama amacıyla ayrıntılı yapılar inşa etmek için yaratıcı kullanımından kaynaklanıyor.” diyor.

Şayak sinekleri alt gruplara ayrılır. Stewart’ın incelediği türler olan Brachycentrus echo, kasalarını inşa eder ve yiyecek ararken onları su altında sürüklerler. Bazı şayak sineği larvaları ise, geçen yiyecekleri yakalamak için ipek bir ağ ile bir kayaya yapıştırılmış sabit kubbe şeklinde bir barınak inşa eden sığınakçılardır.

Deniz Tutkalından Yapışkan Sinek İpeğine

Stewart, kum solucanı tarafından gelgitli okyanus sularında üretilen tutkal da dahil olmak üzere doğal yapıştırıcıları inceler. Küçük kırık kemikleri onarmak için tutkal olarak potansiyele sahiptir.

Stewart, Smithsonian Enstitüsü’nden bir bilim adamı ona birkaç tüp şeklindeki larva kasasını gösterdikten sonra şayak sineği larvası yapışkan ipek bandıyla ilgilenmeye başladı.

“Bir mikroskopla bir kasanın içine baktık ve kayaların arasındaki bu ipek dikişleri gördük ve bunun gerçekten ilginç olduğunu fark ettik” diyor. “Bu yüzden eve geldim, sinek balıkçılığı botlarımı giydim ve şayak sineği larvalarını aramak için dağ akarsularında dolaşmaya başladım.”

Stewart ve Stewart’ın laboratuvarında çalışan ortak çalışma yazarı Ching Shuen Wang, Salt Lake şehrinin yaklaşık bir saat güneyindeki Aşağı Provo Nehri’nden şayak sineği türlerinden B. echo’yu inceledi. Biyomühendislik lisans öğrencisi Nick Ashton sinek larvalarını topladı ve onları laboratuvarda nasıl canlı tutacağını buldu.

“Bu böceklerin büyüleyici bir çeşitliliği var. Yapıştırıcıları su altında çok çeşitli yüzeylere yapışabilir: yumuşak ve sert, organik ve inorganik. Bu yapıştırıcıyı kopyalayabilseydik, çok çeşitli doku tiplerinde yararlı olurdu.”

Şayak sineği larvaları, memecik olarak bilinen bir organdan yapışkan ipek kurdele sıkar. İki ipek bezin ürünleri orada birleşir, bu nedenle ekstrüde yapıştırıcı uzun bir dikiş ile çift şerit gibi görünür. Larvalar, bu yapışkan ağı, işgal ettikleri tüpleri oluşturmak için kum taneleri, çubuklar veya yaprak parçaları etrafında ileri geri örterler.

Stewart ve meslektaşları akvaryumlarda akarsularda bulunan kum ve kaya taneleri yerine cam boncuklarla şayak sineği larvaları yetiştirdiler. Larvalar, ıslak ipek kurdelelerle içeriden birbirine yapıştırılmış boncukları kullanarak Kaya kasalarını genişletti.

Araştırmacılar temiz ipek örnekleri elde etmek için bazı boncukları kırdılar. İpek liflerinin cam boncukları barınak gövdesinin içinden nasıl diktiğini gösteren taramalı elektron mikroskobu da dahil olmak üzere çeşitli yöntemlerle ipeği analiz ettiler.

Stewart, “Bir kutunun içinde bir arada tutmak için yapışkan bant kullanmak gibi.” diyor. “Gerçekten her şeyden çok bir bant gibi-su altında çalışan bir bant.”

Stewart, şayak sineği ipeğinin gücünü incelemedi, ancak bunu yapmayı planlıyor.

“Tek tek ipler çok güçlü değil, ancak düzinelerce iplik bırakıyorlar. Bu malzemeyi kopyalayabilir ve ondan bant yapabilirsek, bağlanma gücü önemli ölçüde artar. ”

Şayak Sineği Islak İpeğinin Kimyası ve Yapısı

Stewart’ın çalışması, şayak sineği ipeğinin kimyasının ve yapısının ayrıntılı analizini içeriyordu; buna göre ipekböceği güvelerinin ürettikleri ipliğe ve örümcek ağı ipeğine çok benzer olduğunu fakat şayak sineği ipeğinin bunların su altında çalışmasını sağlayan uyarlamaları gibi olduğunu söylüyordu.

Stewart, amacının yapışkan ipek elyafını “kopyalamaya çalışmak amacıyla” karakterize etmek olduğunu ve böylece sentetik bir versiyonun cerrahi bir yapıştırıcı olarak kullanılabileceğini söyledi.

Şayak sineği ipeğinin, fibroin içindeki amino asitlerin beşte birini oluşturan serin adlı bir amino asit ile fibroin (fye-bro-in) adlı büyük proteinlerden yapılmış bir lif olduğunu buldu.

Güvelerden ve kelebeklerden gelen kuru ipekler ile şayak sineğinden gelen ıslak ipekler arasındaki temel fark, şayak sineğinden gelen ipeklerdeki serinlerin “fosforile edilmiş” olmasıdır, yani fibroin ipek proteini sentezlendikçe serinlere fosfatlar eklenir.

Stewart, “Fosfatlar, kron veya dolgular gibi diş cihazlarında kullanılan iyi bilinen yapışma uyarıcılarıdır.” diyor. “Ayrıca su bazlı lateks boyalarda bulunurlar ve fosfatlar bu boyaların yapışmasını arttırır. Boya endüstrisi bunu oldukça yakın zamanda keşfetti. Şayak sineği bunu en az 150 milyon yıldır yapıyor.”

Serinlere bağlı fosfatlar negatif yüklüdür. Proteindeki diğer amino asitler pozitif olarak yüklenir. Stewart bunun su altında ipek yapımında önemli bir faktör olduğunu buldu. Her biri pozitif ve negatif yüklerin alternatif bölgelerine sahip olan protein zincirleri, birbirini çeken pozitif ve negatif yüklerle paralel olarak sıralanır.

Stewart, “Bu zincirlerin yan yana hizalandığını, ancak artıların ve eksilerin dizildiğini ve daha sonra bir lifte bu protein zincirlerinin birçoğu ile ipek lifleri oluşturduğunu hayal edin.” diyor. “Bunun dışında gömlek yapmak mümkün olmaz, ama ıslak yara bandı yapmak mümkün olabilir.”

Stewart, ıslak ipeklerin nasıl yapıldığına dair mantıksız bir bulgu yaptı. “İpekleri oluşturan bu fibroin proteinleri, elektrik yükleri nedeniyle suda çözünür. İronik olarak -bu bizim hipotezimiz- bu artı veya eksi yüklerin birleşimi onları suda çözünmez hale getirir. Bu su altında bir ipek elyafın nasıl yapıldığıdır.”

Diğer üç şayak sineği türünden amino asitlerle karşılaştırıldığında, diğer şayak sineğinin de ipeği su altında döndürmek için fosforilasyon kullandığını öne süren büyük benzerlikler bulundu.

Stewart, şayak sineği ipeği ve kum solucanı yapıştırıcısının benzer olduğunu söylüyor: proteinleri ağır fosforile edilmiş ve çok sayıda pozitif yüklü amino aside sahip.

Su altında yapıştırıcı yapabilme yeteneğinin, şayak sineği, kum solucanları, midye ve deniz salatalıklarını içeren dört filumda – ana canlı organizma kategorisinde – belirlendiğini söylüyor.

Stewart, “Su altı yapışma çözümüne tamamen bağımsız bir şekilde geldiler, ve bu, canlıların yaşamasına ve gelişmesine yardımcı olma değeri nedeniyle defalarca evrimleştiğini gösteriyor. ” diyor.

Kaynak: sciencedaily.com