新材料：研究發現甲殼類動物的遺傳物質可以制造絲綢

　　幾千年來，人們一直驚嘆于蜘蛛結實的絲網的復雜性，并珍視蠶紡出的絲綢的奢華柔軟。其他一些昆蟲種類，如蜜蜂和蒼蠅，也會產絲。但很少有人，甚至是生物學家，知道各種各樣的甲殼類動物也會制造這種多功能且有價值的蛋白質纖維。現在，兩名研究生認為，這些鮮為人知的絲綢生產者應該得到應有的重視了。

　　兩人合作收集并分析了數十種稱為片腳類的甲殼類動物的遺傳物質，其中一些可以制造絲綢。其中一名學生，佛羅里達自然歷史博物館的Brittany Cummings，拼湊出了一個家譜，揭示了這個群體多次獨立開發出產絲功能——這是所謂趨同進化的一個例子。另一位是加州大學圣巴巴拉分校的Siena McKim，她發現至少有一種兩棲動物產生這種纖維，其基因與蠶相同。

　　上周，在西雅圖舉行的綜合與比較生物學學會年會上，兩人都報告了他們的發現，包括數據表明，某些片腳類動物在失去了制造絲綢的能力后，形成了奇怪的身體情況或附肢。

　　威廉瑪麗學院的無脊椎動物動物學家喬納森·艾倫沒有參與這項工作，他說，這項研究表明，絲的進化有很多目的，可能推動了生活方式和體型的多樣性。“隨后絲生產的損失導致了更奇怪的變化。”

　　在會議上，麥基姆描述了利用一個多世紀前的科學文獻來確定哪些甲殼類動物制造絲。她報告說，絲在甲殼類動物中可能至少進化了六次，其中兩足類、梭子蟹(又稱種蝦)和tanaids(生活在咸水和淡水中的小蝦類動物)各有兩次起源。

　　一些參加麥金演講的絲綢生物學家感到驚訝。阿克倫大學研究蜘蛛絲的博士后Angela Alicea Serrano說：“我不知道甲殼類動物有能力制造絲綢。”。

　　即使在生物學家中，片腳類動物也往往被忽視，或者更糟的是，被誤認為是長相怪異的蝦。豆狀，通常不比櫻桃大，它們在海洋、河流、湖泊和池塘中非常豐富，是魚類、其他無脊椎動物甚至鯨魚的主要食物。到目前為止，McKim和Cummings已經將重點放在了形態最多樣的片腳類——蛇尾類上。幾種海蛇科植物是吐絲植物。此外，許多物種都經歷了巨大的變化，從爪子和觸角的增大到頭部、后端的減少和缺失，或者兩者兼而有之。

　　正是這些形狀奇特的蛇冠吸引了卡明斯研究片腳類動物中的絲。大約20年前，其他研究人員認為，蛇尾科的多樣性起源于該分支的成員，該分支包括21個科，進化出絲腺、長觸角和抓握腿。

　　Cummings和McKim一起收集了從不列顛哥倫比亞省到加利福尼亞州南部和南美洲的片腳類動物。她還檢查了運往她的大西洋、加勒比海和南極洲沿海地區的保存標本。這些生物為不同的目的制造絲。有些用它來捆綁沙粒和糞便，有時在泥中制作柔軟的保護管，或是用來抽水收集食物的硬管。其中一種甚至在海膽的脊椎末端建造絲狀的“桿”，當它們用觸角伸出去捕捉食物時，這些桿被用作支撐。(棘為海膽和片腳類提供保護。)有些人用它們的絲創造了可移動的圍欄，身體在絲管內游泳，拍打觸角四處移動。

　　兩人一起從代表七個蛇尾科的新捕獲的片腳類物種中收集了遺傳物質。到目前為止，他們已經對九個物種的活性基因進行了編目。Cummings在會議上報道稱，這些早期數據為兩棲類進化提供了一些令人驚訝的線索。

　　研究人員認為，所有的絲管制造者都聚集在一起，所有不再制造絲管的物種都屬于兩棲綱家譜的另一個分支。但Cummings的初步分析表明，絲的產生發展了多次，也可能已經消失了多次。片腳類動物中最早的用絲制造軟管的物種。他們中的一部分失去了產絲的能力，而是在沒有任何管道的情況下，緊緊抓住巖石、貝殼和其他表面。

　　她報道說，后來在某個時候，產絲再次進化，但這些物種建造了堅硬的管道，因此可以生活在流動更快的水中。最近，這些物種中的一些再次用它們產絲的能力換取了在這些更快的水域中自由生活、依附的生命。艾倫說：“她希望講述的故事并不像最初看起來那么簡單。”。

　　對甲殼類動物的絲進行更深入的分析，也許有一天會有實際應用。研究人員已經將蜘蛛絲用于生物醫學和工程，用作縫合線和再生組織的支架。通過研究其特性，研究人員正在學習如何制造同樣堅固的合成材料。

　　Alicea Serrano說：“兩棲類動物生活在海洋環境中，所以這種絲有一些獨特之處，“使它能夠在鹽水中發揮作用”。“我們也許可以用這些材料為自己制造材料。”

　　麥基姆只關注了產絲生物，比較了它們某些腿部的活性基因，這些腿可以生產絲綢，而它們的其他的腿沒有絲腺。她報道說，在蠶身上發現了兩個產絲雙足類腿的活性基因。她在會議上說，這一發現“讓我們相信它們使用的基因與飛蛾非常相似”。但為什么以及如何產生這些相似的基因——它們不太可能追溯到一個共同的祖先——“是讓我徹夜難眠的原因。”