Tại sao giun máu, loài động vật không xương sống lại có thể sở hữu những chiếc răng nanh đáng sợ như sâu cát trong Dune?

Mới đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra protein và quá trình đằng sau cách giun máu hình thành bộ hàm của chúng.

Giống như một loài sinh vật bước ra từ trong những bộ phim kinh dị, giun máu (Glycera dibranchiata) là một loài động vật có làn da nhợt nhạt, cho phép chất lỏng màu đỏ của cơ thể hiển thị xuyên qua và được biết đến với bộ hàm với như chiếc răng nanh kỳ lạ. Chúng được tạo ra từ protein, hắc tố và đồng - một đặc điểm không thể tìm thấy ở bất kỳ sinh vật nào khác trong thế giới động vật.

Mới đây, và cũng là lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra cách những con giun này sử dụng đồng thu hoạch từ trầm tích biển để tạo ra bộ hàm của chúng. Nghiên cứu đã phát hiện ra một loại protein mới trong quá trình này, và được mô tả trong một công bố trên tạp chí Matter.

Chi Glycera là một nhóm giun nhiều tơ (giun lông) thường được gọi là giun máu . Chúng thường được tìm thấy ở đáy của vùng nước biển nông, và một số loài (ví dụ như giun máu thông thường) có thể phát triển chiều dài lên tới 35 cm. Giun máu có màu hồng kem, vì làn da nhợt nhạt của chúng cho phép chất lỏng màu đỏ có chứa hemoglobin. Đây là nguồn gốc của cái tên "giun máu".

Giun máu có thể chui qua bùn giữa triều (khoảng đất giữa mực thủy triều cao và thấp) đến độ sâu vài mét, chúng có ngoại hình khá giống với loài cát ở bộ phim khoa học viễn tưởng Dune - ngoại trừ việc đây là một loài sinh vật ưa độ ẩm, sinh sống ở nơi có nhiều nước hơn và chúng chỉ phát triển tới chiều dài tối đa 35 cm thay vì là những sinh vật khổng lồ.

Chúng kiếm ăn thông qua vòi của chúng - một cơ quan mút hình ống có thể mở rộng - được trang bị bốn chiếc hàm rỗng màu đen và có thể tiêm nọc độc, gây tê liệt đối với những sinh vật không may trở thành con mồi của chúng.

Giun máu là loài ăn thịt. Chúng kiếm ăn bằng cách kéo dài một vòi rồng lớn có bốn hàm rỗng. Các hàm được kết nối với các tuyến cung cấp nọc độc mà chúng sử dụng để giết con mồi và vết cắn của chúng gây đau đớn ngay cả đối với con người.

Chúng là con mồi của các loài giun khác, cá ăn đáy , động vật giáp xác và mòng biển . Quá trình sinh sản xảy ra vào giữa mùa hè, khi nhiệt độ nước ấm hơn và chu kỳ mặt trăng cùng với các yếu tố khác khiến giun trưởng thành sinh dục chuyển sang giai đoạn không cho ăn gọi là giai đoạn cuối.

Đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Herbert Waite, một nhà hóa sinh tại Đại học California, Santa Barbara, Hoa Kỳ, cho biết: "Đây là những con giun cực kì xấu tính và dễ bị kích động. Khi gặp một con giun khác, chúng thường chiến đấu bằng cách sử dụng bộ hàm được làm từ đồng của mình làm vũ khí".

Những chiếc răng đặc biệt này của chúng cũng có khả năng đâm thẳng qua một bộ xương bên ngoài của những loài động vật giáp xác, vì vậy bộ hàm cần phải đủ khỏe và dẻo dai để tồn tại trong suốt vòng đời 5 năm của giun máu, nhưng chiếc răng này chỉ hình thành một lần trong đời và không có khả năng tái tạo.

Giai đoạn đầu tiên ở nhiều dạng giun máu là giai đoạn động vật phù du tiếp theo là giai đoạn sinh vật đáy, nơi ấu trùng đỏ đã phân đoạn quen thuộc phát triển được bảo vệ bởi các ống tơ được tạo ra trong phù sa đáy.

Những ấu trùng này phát triển từ những con giun nhỏ màu trắng đục thành những con ấu trùng màu đỏ lớn hơn có chiều dài từ 3 đến 10 cm hoặc dài hơn trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 2-3 tuần trong điều kiện tốt. Những con vật này đặc biệt ở chỗ chứa nhiều đồng mà không bị nhiễm độc. Hàm của chúng cứng một cách bất thường vì chúng cũng chứa kim loại ở dạng chất sinh khối gốc đồng clorua, được gọi là atacamit

Trong phòng thí nghiệm của Waite, các nhà khoa học đã nghiên cứu về giun máu trong 20 năm, nhưng chỉ gần đây họ mới có thể quan sát toàn bộ quá trình sinh hóa, hình thành bộ hàm của chúng, từ đầu đến cuối.

Quá trình này được hình thành dựa trên một loại protein mà họ mới xác định được - một hợp chất giàu axit amin histidine và glycine được gọi là protein đa nhiệm (MTP) - thực hiện sáu chức năng riêng biệt quan trọng đối với sự hình thành, hoạt động của hàm giun máu.

MTP sẽ thu thập, tuyển chọn các ion đồng để tạo thành một phức hợp và sau đó tự cô đặc lại thành một chất lỏng nhớt, giàu protein, có nhiều đồng và phân tách pha khỏi nước.

Sau đó, protein sử dụng đồng để xúc tác quá trình chuyển đổi dẫn xuất axit amin DOPA (dihydroxyphenylalanin - nhanh gấp 5 lần) thành các polyme melanin; sau đó nó tích hợp melanin và chính nó thành các màng và sợi mỏng.

Tất cả những điều này tạo ra các đặc tính cơ học của hàm giống với các đặc tính cơ học của kim loại được con người sản xuất.

Theo đó, chúng ta có thể sử dụng quy trình này để dễ dàng tổng hợp những loại vật liệu khác nhau, tuy nhiên, nó sẽ đòi hỏi một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều thiết bị, dung môi và nhiệt độ khác nhau.

Waite nói: "Chúng tôi chưa bao giờ nghĩ rằng một loại protein có thành phần đơn giản, chủ yếu là glycine và histidine, lại có thể thực hiện nhiều chức năng và các hoạt động không liên quan như vậy".

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng bằng cách hiểu rõ hơn về loài giun máu, chúng ta có thể tiến hành quá trình này phòng thí nghiệm, điều này có thể giúp hợp lý hóa các khía cạnh sản xuất có lợi cho ngành công nghiệp.

Waite nói: "Những vật liệu này có thể là dấu hiệu chỉ đường cho cách sản xuất và thiết kế các vật liệu tiêu dùng tốt hơn".