Encapsulated salts in velvet worm slime drive its hardening

Abstract

Abstract. Slime expelled by velvet worms entraps prey insects within seconds in a hardened biopolymer network that matches the mechanical strength of industrial polymers. While the mechanic stimuliresponsive nature and building blocks of the polymerization are known, it is still unclear how the velvet worms’ slime hardens so fast. Here, we investigated the slime for the first time, not only after, but also before expulsion. Further, we investigated the slime’s micro- and nanostructures in-depth. Besides the previously reported protein nanoglobules, carbohydrates, and lipids, we discovered abundant encapsulated phosphate and carbonate salts. We also detected CO2 bubbles during the hardening of the slime. These findings, along with further observations, suggest that the encapsulated salts in expelled slime rapidly dissolve and neutralize in a baking-powder-like reaction, which seems to accelerate the drying of the slime. The proteins’ conformation and aggregation are thus influenced by shear stress and the salts’ neutralization reaction, increasing the slime’s pH and ionic strength. These insights into the drying process of the velvet worm’s slime demonstrate how naturally evolved polymerizations can unwind in seconds, and could inspire new polymers that are stimuli-responsive or fast-drying under ambient conditions.Resumen. El limo expulsado por los gusanos de terciopelo atrapa a los insectos presa en cuestión de segundos en un biopolímero endurecido Red que iguala la resistencia mecánica de los polímeros industriales. Mientras que el mecánico responde al estímulo. Se conocen la naturaleza y los componentes básicos de la polimerización, aún no está claro cómo la baba de los gusanos de terciopelo se endurece muy rápido. Aquí investigamos el limo por primera vez, no sólo después, pero también antes de la expulsión. Además, investigamos en profundidad las micro y nanoestructuras del limo. Además de los nanoglóbulos de proteínas, carbohidratos y lípidos informados anteriormente, descubrimos Abundantes sales encapsuladas de fosfatos y carbonatos. También detectamos CO2 burbujas durante el endurecimiento de la baba. Estos hallazgos, junto con otras observaciones, sugieren que el encapsulado Las sales del limo expulsado se disuelven y neutralizan rápidamente en una reacción similar al polvo de hornear, que parece para acelerar el secado de la baba. De este modo se influye en la conformación y agregación de las proteínas por el esfuerzo cortante y la reacción de neutralización de las sales, aumentando el pH y la fuerza iónica del limo. Estos conocimientos sobre el proceso de secado de la baba del gusano de terciopelo demuestran cómo evolucionó naturalmente. Las polimerizaciones pueden desarrollarse en segundos y podrían inspirar nuevos polímeros que respondan a estímulos o Secado rápido en condiciones ambientales.