611
Жало медоносної бджоли (Apis mellifera) не просто колючка, що лишається в шкірі жертви. Нове дослідження, на яке звертає увагу Popular Science, показує: цей крихітний орган завдовжки всього близько 2 міліметри працює як двопоршневий мікронасос і продовжує закачувати отруту навіть після відриву від тіла бджоли.
Саме завдяки цій автономній роботі жало ще деякий час глибше проникає в тканини та безперервно впорскує отруту, посилюючи біль і ефект від укусу.
Як вчені побачили роботу жала
Команда з австралійських університетів Маккуорі та Нового Південного Уельсу хотіла зрозуміти, як саме працює ця автономна система. Вони давали бджолам ужалити прозорий гель, що імітує людську шкіру, та знімали процес за допомогою високошвидкісної камери у сповільненому режимі.
Автори також застосували мікроКТ-сканування, а потім за цими зображеннями надрукували на 3D-принтері зменшену «робокопію» частини жала — камери з отрутою та ланцетів. Ця модель допомогла перевірити, чи справді їхнє уявлення про механізм роботи є правильним.
Для наочності процес уколу й перекачування отрути можна побачити й у відео у повільному русі, яке дослідники оприлюднили онлайн (посилання на відео: ).
Мікропилка та насос в одному органі
Високошвидкісні зйомки показали, що в жалi розміщені кілька важливих елементів: отруйний міхур (сак), насосна камера, м’язи й нерви. Головну роль виконують два довгих загострених ланцети, які ковзають вперед-назад по своєрідних «рейках», що називаються оліштетером (olistheter).
Рух цих ланцетів нагадує роботу зворотно-поступальної пилки: вони поперемінно вгризаються глибше в тканину, ніби «розпилюючи» шлях для всього жала. Водночас саме ці ж ланцети допомагають перекачувати отруту.
На кожному з двох ланцетів розміщений власний клапан, що заходить усередину насосної камери. Команда виявила, що під час «низхідного» руху поршня клапани змінюють форму так, аби утворити щільне ущільнення, не даючи рідині просочитися назад. Під час зворотного руху ці структури «спадаються», створюючи тиск, необхідний для закачування отрути далі, при цьому мінімізуючи зворотний потік під час наповнення камери.
Найцікавіше відбувається у середині робочого циклу: коли два клапани зустрічаються, вони знову змінюють форму й буквально «прослизають» один повз одного. Така унікальна геометрія дозволяє їм діяти як колапсуючі поршні, що прокачують рідину в протилежних напрямках, забезпечуючи безперервний потік отрути з дуже компактного й повністю автономного механізму.
Що дає таке відкриття
За словами співавторки роботи та ентомологині Фіорелли Рамірес-Есківель (Fiorella Ramirez-Esquivel) з Університету Маккуорі, ще з початку XX століття було відомо, що міхур з отрутою спорожнюється в камеру з дрібними «насосними» елементами-клапанами. Але тільки завдяки сучасній високошвидкісній зйомці та 3D-моделюванню вдалося детально показати, як саме вони працюють разом і як влаштований повний цикл качання отрути.
Створений дослідниками 3D-надрукований «бджолобот» підтвердив ключові риси цього циклу: двопоршневу схему, поперемінну роботу клапанів та здатність довго підтримувати протікання рідини в одному напрямку без зовнішнього керування.
Розуміння такої природної мікромеханіки може надихнути інженерів на створення нових мікронасосів для введення ліків людині. Йдеться про потенційно менш інвазивні, компактні пристрої, здатні автономно й дозовано подавати препарати, наслідуючи принцип роботи бджолиного жала. Поки що це лише ідея, але саме такі біологічні «інженерні рішення» часто стають відправною точкою для нових біомедичних технологій.
Жала медоносних бджіл працюють як мікропилки і насоси отрути з’явилася спочатку на Цікавості.
