Відірване жало медоносної бджоли, яке самостійно проколює матеріал, схожий на шкіру, і продовжує качати отруту, показали на високошвидкісному відео. Цей моторошний, але вражаючий експеримент описує команда ентомологів у новій роботі, про яку розповідає ScienceAlert.
У медоносної бджоли (Apis mellifera) жало зазвичай «одноразове»: коли вона жалить, шипи вчіплюються в шкіру, і жало разом із частиною внутрішніх органів виривається з тіла. Від цього бджола гине, але відокремлене жало продовжує працювати, вприскуючи отруту ще деякий час.
Як влаштований цей мініатюрний «механізм»
У новому дослідженні, опублікованому в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда вперше безпосередньо зафіксувала роботу такого «автономного» жала. Високошвидкісні камери знімали напівпрозоре жало, яке занурювали в прозорий гель, розроблений для імітації людської шкіри.
Ентомологиня Фіорелла Рамірес-Есківель (Fiorella Ramirez-Esquivel) з Університету Маккуорі в Австралії зазначає, що вчені ще з 1910 року знали: отруйний мішечок порожняється в камеру з невеликими «клапанами-помпами». Але лише тепер стало зрозуміло, як саме ці елементи працюють разом.
Дослідники пишуть, що попри тривалий інтерес до жал комах ряду Перетинчастокрилі (Hymenoptera), прямих спостережень за процесом перекачування отрути досі не було. Жало медоносної бджоли виявилося зручним об’єктом: воно відносно велике, напівпрозоре і здатне автотомізуватися, тобто від’єднуватися від тіла під час ужалення та діяти автономно.
Подвійний мікропоршень замість хвильових скорочень
Команда описує механізм жала як «унікальну подвійно-поршневу мікропомпу». Спершу дослідники спрямовували жало пінцетом у потрібне місце, але далі вже саме жало «бралось до роботи».
На його кінчику розташована пара гострих зазубрених елементів — ланцети. Вони по черзі завдають коротких ударів, просуваючи жало глибше в «шкіру» і водночас перекачуючи отруту в рану.
Кожен ланцет сполучений зі своїм клапаном усередині потовщеної «цибулини» біля основи жала. Ці гнучкі клапани почергово надуваються, штовхаючи прикріплений ланцет униз, а потім спадають, відтягуючи його назад. При цьому вони ніби прослизують один повз одного, коли зустрічаються посередині ходу.
Такі рухи створюють спрямований донизу тиск на камеру з отрутою, затягуючи рідину до виходу, ближче до «шкіри». За словами Рамірес-Есківель, найвиразніший момент — коли клапани змінюють форму в середині циклу, щоб проштовхнутися один повз одного, але водночас зберегти герметичність системи. Саме особлива геометрія цих структур дає змогу працювати як знімним, стисливим поршням і качати отруту безперервно.
Чим жало бджоли відрізняється від інших «укусів»
За наявними даними, такий автономний подвійно-поршневий механізм є унікальним для робочих медоносних бджіл. В інших представників перетинчастокрилих отрута зазвичай просувається завдяки хвилеподібним скороченням м’язів навколо отрутного каналу — щось на кшталт того, як наш кишечник проштовхує їжу.
Жало медоносної бджоли, навпаки, більше нагадує мініатюрний технічний пристрій — наприклад, шприц. Проте традиційні шприци мають лише один жорсткий поршень у камері й не можуть одночасно качати рідину вперед і знову наповнюватися без зворотного потоку.
Подвійний «поршень» у бджоли додає складності, але забезпечує компактній, автономній системі можливість подавати отруту безперервним потоком. Дослідники припускають, що такий принцип може надихнути створення нових мікропристроїв для медичних чи наукових застосувань.
Побачити роботу цього мікропомпового механізму можна в оприлюдненому відео, знятому під час експерименту, яке доступне на платформі YouTube за відповідною назвою.
Результати дослідження опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences. Автори наголошують, що поки це переважно описова та біомеханічна робота, і подальші дослідження мають з’ясувати, як отримані знання можна застосувати в технологіях.