דם הוא חומר יוצא דופן: עליו להישאר נוזל בתוך כלי הדם, אך להיקרש מהר ככל האפשר מחוצה להם, כדי לעצור את הדימום. המפל הכימי שמאפשר זאת מובן היטב עבור דם בעלי חוליות. אבל להמולימפה, המקבילה לדם בחרקים, יש הרכב שונה מאוד, בהיותה חסרה בעיקר תאי דם אדומים, המוגלובין וטסיות דם, ויש לה תאים דמויי אמבה הנקראים המוציטים במקום תאי דם לבנים להגנה חיסונית.
בדיוק כמו דם, המולימפה נקרש במהירות מחוץ לגוף. איך זה עושה זאת כבר מזמן נשאר חידה. כעת, מדעני חומרים הראו פנימה גבולות בחומר רך איך ההישג הזה מנוהל על ידי זחלים של עש הספינקס של קרולינה. לגילוי זה יש יישומים פוטנציאליים לרפואה אנושית, אמרו המחברים.
"כאן אנחנו מראים שהזחלים האלה, הנקראים תולעי קרן טבק, יכולים לאטום את הפצעים תוך דקה. הם עושים את זה בשני שלבים: ראשית, תוך כמה שניות, ההמולימפה הדקה, דמוית המים שלהם הופכת ל"ויסקואלסטית" או רזה, וההמולימפה הנוטפת נסוגה חזרה אל הפצע", אמר הסופר הבכיר ד"ר קונסטנטין קורנב, פרופסור ב- המחלקה למדע והנדסת חומרים של אוניברסיטת קלמסון.
"לאחר מכן, המוציטים מתקבצים, מתחילים משטח הפצע ועוברים למעלה כדי לאמץ את סרט ההמוליממפה הציפוי שבסופו של דבר הופך לקרום האוטם את הפצע."
מאתגר ללמוד
תולעי קרן טבק שגדלו במלואן, מוכנות להתגולמות, באורך של בין 7.5 ס"מ ל-10 ס"מ. הם מכילים רק כמות דקה של המולימפה, שבדרך כלל נקרש תוך שניות, מה שמקשה על הלימוד בשיטות קונבנציונליות.
מסיבות אלו, קורנב ועמיתיו נאלצו לפתח טכניקות חדשות עבור המחקר הנוכחי, ולעבוד מהר. למרות זאת, שיעור הכישלונות במניפולציות הקשות ביותר היה עצום (עד 95%), ודרשו ניסיונות רבים.
הם עצרו תולעי קרן בודדות בשרוול פלסטיק, ועשו פצע קל באחת מרגליו המדומה של כל זחל דרך חלון בשרוול. לאחר מכן הם נגעו בהמולימפה המטפטפת עם כדור מתכת, שנמשך משם, ויצר 'גשר' המולימפה (בערך שני מילימטרים ורוחבו של מאות מיקרומטרים) שלאחר מכן הצטמצם ונשבר, ויצר טיפות לווין. קורנב et al. צילם אירועים אלה עם מצלמת קצב פריימים ועדשת מאקרו גבוהה, כדי ללמוד אותם בפירוט.
שינוי מיידי במאפיינים
תצפיות אלו העלו כי במהלך כחמש השניות הראשונות לאחר שהחלה לזרום, ההמולימפה התנהגה באופן דומה למים: במונחים טכניים, כמו נוזל ניוטוני, בעל צמיגות נמוכה. אבל בתוך 10 השניות הבאות, ההמולימפה עברה שינוי ניכר: כעת היא לא נשברה באופן מיידי אלא יצרה גשר ארוך מאחורי הטיפה הנופלת. בדרך כלל, הדימום נפסק לחלוטין לאחר 60 עד 90 שניות, לאחר שנוצר קרום על הפצע.
קורנב et al. למד עוד יותר את תכונות הזרימה של ההמולימפה על ידי הנחת ננור ניקל באורך 10 מיקרומטר בטיפה של המולימפה טרייה. כאשר שדה מגנטי מסתובב גרם לננורוד להסתובב, הפיגור שלו ביחס למגנטיות נתן אומדן ליכולתה של ההמולימפה להחזיק את המוט בחזרה באמצעות צמיגות.
הם הגיעו למסקנה שתוך שניות לאחר עזיבת הגוף, המולימפה זחל משתנה מנוזל צמיג נמוך לנוזל ויסקו אלסטי.
דוגמה טובה לנוזל ויסקו אלסטי הוא רוק. כאשר אתה מורח טיפה בין האצבעות, היא מתנהגת כמו מים: מדעני חומרים יגידו שהוא צמיג בלבד. אבל הודות למולקולות גדולות מאוד הנקראות בו מוצינים, הרוק יוצר גשר כאשר אתה מרחיק את האצבעות. לכן, זה נקרא כראוי ויסקו אלסטי: צמיג כשגוזרים אותו ואלסטי כשמותחים אותו".
ד"ר קונסטנטין קורנב, פרופסור במחלקה למדע והנדסת חומרים, אוניברסיטת קלמסון
המדענים השתמשו עוד במיקרוסקופ ניגודיות פאזה אופטית ובמיקרוסקופיה מקוטבת, בהדמיית רנטגן ובמודלים של מדעי החומרים כדי לחקור את התהליכים התאיים שבאמצעותם ההמוציטים מתקבצים ליצירת קרום מעל פצע. הם עשו זאת לא רק בעש הספינקס של קרולינה ובזחליהם, אלא גם ב-18 מיני חרקים אחרים.
המוציטים הם המפתח
התוצאות הראו שהמולימפה מכל המינים שנחקרו הגיבה באופן דומה לגזירה. אבל תגובתו למתיחה הייתה שונה באופן קיצוני בין ההמוליממפה העשירה בהמוציטים של זחלים וג'וקים מחד, לבין ההמולימפה דל ההמוציטים של פרפרים ועשים בוגרים מאידך: טיפות נמתחו כדי ליצור גשרים עבור שני הראשונים, אך מיד. נשבר עבור האחרון.
"נראה שהפיכת המולימפה לנוזל ויסקו אלסטי עוזרת לזחלים וג'וקים לעצור כל דימום, על ידי החזרת טיפות מטפטפות חזרה לפצע תוך כמה שניות", אמר קורנב. "אנחנו מסיקים שלהמולימפה שלהם יש יכולת יוצאת דופן לשנות באופן מיידי את תכונות החומר שלה. בניגוד לחרקים ועכבישים המייצרים משי, שיש להם איבר מיוחד לייצור סיבים, חרקים אלו יכולים ליצור חוטי המולימפה בכל מקום לאחר הפציעה".
המדענים הגיעו למסקנה שהמוציטים ממלאים תפקיד מפתח בכל התהליכים הללו. אבל מדוע זחלים וג'וקים צריכים יותר המוציטים מאשר פרפרים ועשים בוגרים עדיין לא ידוע.
"התגליות שלנו פותחות את הדלת לתכנון מעבים מהירים של דם אנושי. אנחנו לא צריכים בהכרח להעתיק את הביוכימיה המדויקת, אלא צריכים להתמקד בתכנון תרופות שיכולות להפוך דם לחומר ויסקואלסטי שעוצר דימום. אנו מקווים שהממצאים שלנו יסייעו לביצוע משימה זו בעתיד הקרוב", אמר קורנב.
