Высокоскоростная съемка раскрыла, как устроено жало пчелы — видео
Австралийские ученые изучили механизмы работы жала пчелы — одного из немногих перепончатокрылых, оставляющих свое орудие в теле жертвы. С помощью высокоскоростной видеосъемки они выяснили, как жало продолжает впрыскивать яд в автономном режиме. Результаты исследования представлены в журнале PNAS.
Крошечное — всего два миллиметра — жало медоносной пчелы Apis mellifera представляет собой сложный двухпоршневой насос. Ничего похожего в природе не встречалось науке.
«Мы еще с 1910 года знаем, что ядовитая железа жала медоносной пчелы опорожняется в камеру с небольшими нагнетающими элементами — клапанами, — но до сих пор было неясно, как именно они работают», — говорит энтомолог Фиорелла Рамирес-Эскивель из Университета Маккуори, ведущий автор исследования.
Вонзив жало в жертву, пчела оставляет его и улетает — это называется автотомией. Вскоре ее ждет неминуемая смерть, но и пчелиному обидчику не до шуток — жало продолжает проникать в его тело и вводить яд уже самостоятельно.
Ученые заставили пчел жалить прозрачный гель, имитирующий человеческую кожу, снимая действо на видео. Жало состоит из нескольких элементов, включая ядовитую железу и нагнетательную камеру, мышцы и нервы. В нем есть два острых зазубренных ланцета, которые скользят вперед и назад по системе направляющих (так называемый олистетер) движением, напоминающим возвратно-поступательный ход пилы; они отвечают за то, чтобы жало глубже входило в кожу, и одновременно за нагнетание яда.
С каждым из длинных ланцетов связан клапан, расположенный внутри нагнетательной камеры. Как выяснилось, эти клапаны динамически меняют форму, образуя уплотнение при рабочем ходе и спадаясь при обратном ходе, что создает давление для нагнетания и сводит к минимуму обратный ток при заполнении. Высокоскоростная съемка показала, что при рабочем ходе клапаны раскрываются, как парашют, действуя как поршни и создавая направленное вниз давление на яд в камере, а при обратном ходе сдуваются.
«Самое интересное: когда клапаны встречаются посередине хода, они снова меняют форму, чтобы пройти мимо друг друга. Это замечательная стратегия перекачки жидкости, поскольку сохранение уплотнения критически важно для эффективной передачи давления. Уникальная геометрия клапанов — вот ключ. Они действуют как сжимающиеся поршни и, нагнетая в противоположных направлениях, способны обеспечивать непрерывный поток яда», — объясняет исследовательница.
Механику жала и течения яда в нем изучили по увеличенной модели. Ее напечатали, сняв микрокомпьютерную томографию жала.
«Жало медоносной пчелы — необычный насос. Большинство насосов в природе — это резервуары, которые сжимаются мышцами (ядовитые железы змеи), либо камеры, деформируемые мышечными сокращениями (наши легкие). Пчелиное жало работает скорее как поршни в автомобильном двигателе — если бы этих поршней было по два на цилиндр и они были бы сильно деформируемыми. Мы полагаем, что эта необычная конструкция насоса может найти применение в искусственных насосах для микрофлюидики, доставки лекарств или насосов непрерывного потока», — подытожила Рамирес-Эскивель.
