Магнетитовый зуб криптохитона

Перед вами не раздвоенное «жало» змеи, а «железный» зуб моллюска криптохитона Стеллера (Cryptochiton stelleri). На этого большого панцирного моллюска можно наткнуться, гуляя по литоралям северного побережья Тихого океана. Зубы хитона длинными рядами располагаются на лентовидной радуле (см. картинку дня Радула улитки), движения которой напоминают циркулярную пилу и позволяют соскребать водоросли с камней. Каждый зуб рамером порядка миллиметра состоит из основания и заостренного выступа, покрытого магнетитом, который обеспечивает ему дополнительную прочность.

Криптохитон Стеллера — самый большой из всех известных хитонов, он может весить до двух килограмм, а в длину достигать почти сорока сантиметров. Похож этот моллюск на большой кусок сырого мяса — в отличие от большинства прочих представителей класса панцирных моллюсков восемь пластин панциря криптохитона не видны снаружи, а скрыты под кожистым покровом мантии. Жить моллюск может до сорока лет, а распространен он от Японского до Берингова моря и от Аляски до Калифорнии. Назван он в честь Георга Уильяма Стеллера, немецкого натуралиста восемнадцатого века, посетившего Аляску в 1714 году вместе с российским мореплавателем Витусом Берингом.

Криптохитон Cтеллера. В отличие от небольших хитонов, которые в большинстве своем устойчиво держатся на морских поверхностях, этого моллюска можно найти ползающим по дну или даже болтающимся между больших камней, потому что его часто сбивает волнами из-за его существенных размеров. Но в целом он предпочитает жить дальше от берега, иногда заползая на глубину до сотен метров. Фото с сайта news.ucr.edu

Криптохитон ползает по дну и камням и питается, соскребая водоросли с камней или откусывая куски морской капусты и других бурых водорослей. Его зубы покрыты магнетитом — распространенным блестящим минералом черного цвета, природным оксидом железа (FeO·Fe2O3). Это один из самых твердых биоминералов, а также полупроводник, обладающий сильными магнитными свойствами, поэтому искать залежи магнетита можно с помощью компаса. Более половины железной руды, которую добывают люди, получают именно из этих залежей. О том, что некоторые живые существа тоже могут вырабатывать магнетит, ученым известно давно. Это не только бактерии (см. картинку дня Магнитотактические бактерии), но и пчелы, лосось и даже голуби (см. статью У птичьего компаса обе стрелки синие). Но до сих пор не до конца понятно, как именно магнетит синтезируется в живых организмах.

Радула криптохитона покрыта множеством рядов зубов. Когда зуб изнашивается, он заменяется новым, так что одновременно на ленте радулы всегда есть зубы в разных состояниях. Когда зуб растет, углеводные (хитиновые) волокна, погруженные в водянистый гель в центре зуба, накладываются друг на друга крест-накрест. Этот каркас связывает положительно заряженные ионы магния и натрия. Они притягивают отрицательно заряженные белки, которые, в свою очередь, накапливают необходимое для магнетита железо. В результате свежевыросшие зубы первых рядов прозрачны и не имеют магнетита, а состоят в основном из α-хитина и белков. Следующие ряды темнеют до красновато-коричневого цвета, что соответствует частичной минерализации ферригидрита. Последние ряды зубов совсем черные, так как на них ферригидрит полностью превратился в магнетит.

Ряды зубов криптохитона. Фото с сайта manufacturing.net

Ученые проанализировали транскриптом и протеом зубов криптохитона в минерализованных и неминерализованных фрагментах и выяснили, что в процессе синтеза магнетита в последних участвуют, по-видимому, ферритин (сложный белковый комплекс, выполняющий роль основного внутриклеточного депо железа) и более двадцати специфических белков, в том числе ранее неизвестный белок RTMP1, перитрофиноподобные белки (которые имеют хитин-связывающие домены), Pif-подобный белок (он связан с биоминерализацией карбоната кальция у моллюсков) и другие. Выяснилось также, что в минерализованной области зубов наблюдаются скопления митохондрий, обеспечивающих, по-видимому, необходимую энергию для превращения железа в магнетит; в этой ткани была отмечена повышенная экспрессия соответствующих генов (кодирующих ферменты митохондриальной дыхательной цепи).

(a) хитоны на дне океана; (b) внутреннее строение типичного хитона, показано расположение радулы. (с)–(f) детали строения радулы криптохитона Стеллера: (c) фото через оптический микроскоп; (d) фото через электронный микроскоп; (e) фото в рентгеновских лучах; (f) поперечные срезы отдельного зуба в разных местах, видна концентрическая структура. Фото из статьи J. C. Weaver et al., 2010. Analysis of an ultra hard magnetic biomineral in chiton radular teeth

Интерес подобные исследования представляют, в частности, в контексте промышленных разработок электропроводных материалов, устойчивых к истиранию. Зубам криптохитона, действительно, можно только позавидовать: сравнимых с ними по прочности в природе, в общем, и не отыщешь.

Что касается самого моллюска, он представляет еще и гастрономический интерес — недаром он похож на кусок сырого мяса. В шутку криптохитонов Стеллера даже называют бродячими мясными рулетами. Криптохитонами питались как индейцы, так и русские поселенцы юго-восточной Аляски. Вкусной эту пищу они, правда, не считали: во всех описаниях она значится как очень жесткая и резиновая. Английское название животного — gumboot chiton — это подтверждает: своей формой и на ощупь оно напоминает основание большого резинового сапога. В своей книге 1939 года о морских беспозвоночных «Между тихоокеанскими приливами» (Between Pacific Tides) Эдвард Риккетс (Ed Ricketts) и Джек Кальвин (Jack Calvin) описали свой опыт приготовления криптохитона: «После первого и последнего эксперимента авторы решили оставить приготовление этого животного до времен настоящих голодов — из большого криптохитона получился всего один тончайший твердый стейк, который источал настолько сильный рыбный запах, что до сковороды его даже не донесли».

Криптохитон Стеллера: вид снизу, отчетливо видны жабры, нога и ротовое отверстие, в котором спрятана радула. Фото © Ron Wolf с сайта flickr.com, Морской заповедник Фитцджеральд (Fitzgerald Marine Reserve), Калифорния, США, 18 сентября 2005 года

Естественных врагов в природе у криптохитона мало: видимо, не всем он по вкусу. Есть сообщения, что иногда ими питаются осьминоги, морские звезды Pisaster ochraceus и каланы (морские выдры). Неприятным охотником на хитонов является также морская улитка Paciocinebrina lurida, в длину составляющая не более пары сантиметров, но способная медленно поедать их мантию. Иногда в мантийной полости криптохитона Стеллера селятся многощетинковые черви (в особенности Arctonoe vittata) и мелкие крабы Opisthopus transversus, на которых он не обращает внимания: пользы они ему не приносят, но и неприятностей, по-видимому, не создают.

Фото с сайта Калифорнийского университета в Риверсайде, news.ucr.edu.

Анна Казнадзей