从光滑到粘稠：蜗牛如何构建其“黏液”

蜗牛如何制造出具有如此多功能的“黏液”（粘液）？这些功能包括帮助蜗牛滑行、粘附及充当某种防御机制。据一项新的研究报告，胶原蛋白可与钙协同，为每项任务精细调节蜗牛黏液的力学性能，这为黏合剂及其他可能造福人类的新型材料提供了灵感。作者表示：“蜗牛黏液具有很大的应用潜力，因为它能启发用于伤口愈合、药物输送等各种可持续性应用的灵感；蜗牛黏液目前正受到极大的商业关注。”黏液在动物中普遍存在；它的作用通常为润滑和保护组织，同时也可帮助抵御病原体。然而，在某些物种中，黏液可成为体外的特殊材料：形成用于捕食、防御或附着等具有内聚力的黏液或黏合剂。陆生蜗牛（如 Cepaea nemoralis，或林地彩带蜗牛）对于研究这些材料特别有用，因为它们能产生多种用于不同目的的黏液。蜗牛黏液主要由水以及糖蛋白（黏蛋白）和复合碳水化合物组成。然而，人们对单一生物体如何利用有限生物材料产生性质如此迥异之物质的分子和结构机制知之甚少。Mariella Gabler 和同事在此项研究中分析了 C. nemoralis 的五种不同的分泌物，其中每种都适用于不同的功能：一种能使蜗牛移动的润滑性黏液、一种能将其外壳固定于表面的黏附性黏液、一种含方解石的保护性黏液、一种粘性极强、延展性极佳且抗撕裂的黄色黏液，以及一种被认为能威慑捕食者的气泡黏液。通过应用蛋白质组学、材料分析和成像技术，Gabler 等人发现，不同类型的黏液具有相似的蛋白质组成，其中 VI 型胶原蛋白是主要结构成分，而胶原蛋白含量的差异以及无定形碳酸钙（ACC）的添加决定了每种黏液的独特性质。钙在湿黏液中充当交联所需的离子来源，在干黏液中则成为矿物质的前体，从而使黏液能够在不同的力学功能之间切换。