科学家发现毛毛虫是如何在几秒钟内止血的

材料科学家现在已经展示了烟草角虫毛虫的血淋巴是如何形成凝块来止血的。他们表明，在体外，血淋巴可以瞬间从像水一样的行为转变为像唾液一样的“粘弹性”，即粘弹性的结合。如果可以设计药物，诱导人体血液发生类似的变化，使其更快地凝结，这一发现可能具有医学应用价值。

　　

血液是一种非凡的物质:它必须在血管内保持液体状态，同时在血管外尽可能快地凝结，以止血。我们对脊椎动物血液中的化学级联反应有很好的了解。但是血淋巴，相当于昆虫的血液，有一个非常不同的组成，明显缺乏红细胞、血红蛋白和血小板，并且有类似变形虫的血细胞，而不是用于免疫防御的白细胞。

就像血液一样，血淋巴在体外迅速凝结。长期以来，它是如何做到这一点的一直是个谜。现在，材料科学家在《软物质前沿》上展示了卡罗莱纳斯芬克斯蛾的毛虫是如何做到这一点的。作者说，这一发现对人类医学有潜在的应用。

“在这里，我们展示了这些被称为烟草角虫的毛虫，可以在一分钟内密封伤口。克莱姆森大学材料科学与工程系教授、资深作者康斯坦丁·科尔涅夫博士说:“它们分两步做到这一点:首先，在几秒钟内，它们薄的、像水一样的血淋巴变得‘粘弹性’或粘稠，然后滴下的血淋巴缩回伤口。”

“接下来，血细胞聚集，从伤口表面开始，向上移动，覆盖血淋巴膜，最终成为密封伤口的外壳。”

学习具有挑战性

成熟的烟草角虫，即将化蛹，体长在7.5厘米至10厘米之间。它们只含有少量的血淋巴，通常会在几秒钟内凝结，这使得用传统方法很难研究。

由于这些原因，Kornev和他的同事们不得不为目前的研究开发新的技术，而且要快。即便如此，最棘手的操作的失败率也是巨大的(高达95%)，需要多次尝试。

他们用一个塑料套筒把每只蚯蚓束缚在一个塑料套筒里，并通过套筒上的一个窗口在每只毛毛虫的假腿上做一个轻微的伤口。然后，他们用一个金属球接触滴下的血淋巴，金属球被拉开，形成一个血淋巴“桥”(大约两毫米长，几百微米宽)，随后变窄并破裂，产生卫星液滴。Kornev等人使用高帧率相机和微距镜头拍摄了这些事件，详细研究了这些事件。

属性的瞬时变化

这些观察表明，在开始流动后的最初大约五秒钟内，血淋巴的行为与水相似:用专业术语来说，就像牛顿理论中的低粘度液体。但在接下来的10秒内，血淋巴发生了明显的变化:它现在不是瞬间断裂，而是在下落的雨滴后面形成了一座长长的桥。通常情况下，伤口上结痂后，60到90秒后出血就会完全停止。

Kornev等人进一步研究了血淋巴的流动特性，他们将一个10微米长的镍纳米棒放置在新鲜血淋巴液滴中。当一个旋转的磁场导致纳米棒旋转时，它相对于磁性的滞后可以估计出血淋巴通过黏性将纳米棒拉回来的能力。

他们得出结论，在离开身体后的几秒钟内，毛虫的血淋巴从低粘性变为粘弹性液体。

“粘弹性流体的一个很好的例子是唾液，”Kornev说。“当你用手指涂抹一滴时，它的行为就像水一样:材料科学家会说它是纯粘性的。但由于唾液中有一种叫做粘蛋白的大分子，当你把手指分开时，唾液就会形成一座桥梁。因此，它被恰当地称为粘弹性:当你剪切它时是粘性的，当你拉伸它时是弹性的。”

科学家们进一步使用光学相对比和偏振显微镜、x射线成像和材料科学建模来研究血细胞聚集在伤口上形成外壳的细胞过程。他们不仅在卡罗莱纳斯芬克斯蛾和它们的毛虫身上这样做了，而且在其他18种昆虫身上也这样做了。

血细胞是关键

结果表明，所研究的所有物种的血淋巴对剪切的反应相似。但它对拉伸的反应却截然不同，前者是毛毛虫和蟑螂的富含血细胞的血淋巴，而后者是成年蝴蝶和飞蛾的缺乏血细胞的血淋巴:液滴在前两种情况下伸展成桥，但在后一种情况下立即断裂。

科尔内夫说:“将血淋巴转化为粘弹性液体似乎可以帮助毛毛虫和蟑螂止血，因为它可以在几秒钟内将滴落的液滴缩回伤口。”“我们得出结论，它们的血淋巴具有瞬间改变其物质特性的非凡能力。与产丝昆虫和蜘蛛不同，这些昆虫有一个特殊的器官来制造纤维，这些昆虫在受伤后可以在任何地方制造血淋巴丝。”

科学家们得出结论，血细胞在所有这些过程中起着关键作用。但是为什么毛毛虫和蟑螂比成年蝴蝶和飞蛾需要更多的血细胞仍然是未知的。

“我们的发现为设计快速工作的人类血液增稠剂打开了大门。我们不一定要复制精确的生物化学，但应该专注于设计药物，使血液变成一种粘弹性材料，从而止血。我们希望我们的发现将有助于在不久的将来完成这项任务。”