התולעים עם
שיני הנחושת

בחופי האוקיינוסים חיות תולעים אדומות כדם, והן מצוידות במבנים שאנחנו לרוב לא מצפים למצוא אצל תולעת: שיניים חדות ושחורות. השיניים האלו חזקות במיוחד, ומורכבות משיעור גבוה מאוד של חלבונים ושל נחושת. הדרך שבה הן נוצרות עשויה לשמש השראה לתהליכי ייצור ספונטניים של חומרים סינתטיים חזקים.

תולעי הדם (Glycera dibranchiata), כפי שתולעים אלו נקראות, הן תולעים ימיות טבעתיות ממחלקת הרב זיפיות (Polychaete). הן קיבלו את שמן בזכות עורן השקוף, שדרכו אפשר לראות את הדם שלהן המכיל המוגלובין אדום. הן חיות בעומק של מטרים ספורים בחול שבקרקעית הים, במקומות שבהם עומק המים אינו עולה על 24 מטר. תולעי הדם ניזונות מתולעים אחרות ומסרטנים קטנים, שהן צדות בעזרת חדק שרירי נשלף שבקצהו ארבע שיניים חלולות בצבע שחור מבריק, המחוברות לבלוטת ארס. אורכן של התולעים יכול להגיע ל-35 סנטימטר, והנשיכה שלהן כואבת גם לבני אדם ולבעלי חיים גדולים אחרים.

שיניהן של תולעי הדם חזקות במיוחד כדי שיוכלו לחדור מבעד לשריונות הסרטנים. קשיחותן קרובה לזו של שיני האדם והן עמידות מאוד בפני שחיקה. עם זאת, ההרכב הכימי של השיניים השחורות שלהן שונה מאוד מזה של שיני בעלי חוליות. זגוגית השן (אמייל), שהיא שכבת הציפוי הקשה המכסה את כותרת השן בפיו של האדם, מכילה בעיקר מינרלים (95 אחוז), שמעניקים לה את הנוקשות והדחיסות האופייניים לה, והשאר זה חלבונים (4 אחוזים) ומעט מים (אחוז אחד). לעומת זאת, שיניהן של תולעי הדם מורכבות בעיקר מחלבון (50 אחוז), נחושת (10 אחוז) ומלנין (40 אחוז).

כמות הנחושת הגבוה בשן מפתיעה, היות שאף על פי שהנחושת נחוצה בכמות קטנה לכמה תהליכים ביולוגיים בגוף, היא עלולה להיות רעילה לתאים במינונים גבוהים. לא ברור איך התולעת יכולה לשאת את ריכוז הנחושת הגבוה, אבל חוקרים משערים שיש למתכת תפקיד בהפעלת הארס שהתולעת מזריקה דרך השן. הצבע השחור של השיניים נובע מהמלנין, שהוא צִבְען (פיגמנט) נפוץ, המקנה בין השאר לעורנו את הגוון הכהה כשאנו משתזפים.

שיניהן של תולעי הדם חזקות במיוחד כדי שיוכלו לחדור מבעד לשריונות הסרטנים. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של השן | Herbert Waite

לייצר שיני תולעת במעבדה

ההרכב המשונה של שיני התולעים עורר את סקרנותם של חוקרים מקליפורניה, והם ניסו לפענח איך השיניים נוצרות. במחקר שהתפרסם לאחרונה הם גילו שהחלבון המרכיב את השן בנוי בעיקר משתי חומצות אמינו בלבד: גליצין והיסטידין, שמהווים יותר מ-80 אחוזים מהחלבון. החוקרים ייצרו את החלבון במעבדה וערבבו אותו עם אטומי נחושת טעונים חשמלית. עם הוספת הנחושת לתמיסה הנוזלית שבה היה החלבון, הוא נקשר לנחושת והתרכז לטיפות זעירות. בשלב הבא הוסיפו החוקרים את חומצת האמינו דופה (DOPA) המשמשת ליצירת מלנין, והטיפות נהיו כהות, צפופות וחזקות יותר. המלנין, שבצורתו הרגילה כפיגמנט מורכב בדרך כלל מחלקיקים קטנים, יצר סיבים של כ-2 מ"מ בנוכחות החלבון הקשור ליוני הנחושת.

מאחר שהתהליך נעשה במעבדה, לא ברור אם שיניהן של תולעי הדם נוצרות באותו אופן. עם זאת, מפתיע שחלבון כה פשוט אחראי לייצור המורכב של שיניהן החזקות של תולעי הדם. החוקרים מדדו את חוזקו של החומר שיצרו וגילו שהוא חזק במיוחד ומזכיר סיבי ניילון. הרברט וייט (Waite), מכותבי המאמר, סיפר לאתר New Scientist: "הממצאים הללו עשויים לספק השראה לפיתוח תהליכי ייצור של חומרים מורכבים כמו בטון וצמיגי גומי, שיוכלו, במובן מסוים, לבנות את עצמם".