Жало медоносной пчелы работает как двойной микронасос: показали скоростная съёмка и микро-КТ
Исследователи засняли отделённые жала медоносных пчёл: два ланцета с деформируемыми клапанами движутся в противофазе и обеспечивают непрерывную подачу яда в компактном автономном узле.
Фиорелла Рамирес-Эскивель из Университета Маккуори в Сиднее и коллеги описали, как жало медоносной пчелы Apis mellifera продолжает качать яд после отделения от тела пчелы. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Команда записала скоростное видео работающих отделённых жал и совместила его с трёхмерной реконструкцией на основе микрокомпьютерной томографии. pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗
Большинство жалящих животных вводят яд, сокращая мышцы вокруг резервуара с ядом. Рабочие медоносные пчёлы используют иную стратегию: жало способно к автотомии, то есть отделяется и продолжает жалить самостоятельно. Анатомические описания этой структуры существуют более века, но механика подачи яда оставалась невыясненной, поскольку её трудно наблюдать в действии.
Два ланцета, два клапана
По данным авторов, жало работает как двойной поршневой микронасос. Два ланцета скользят в противофазе внутри камеры-луковицы, и на каждом ланцете расположен деформируемый клапан. При ходе вниз клапан образует уплотнение, при ходе вверх схлопывается. Это позволяет создавать давление для перекачки и, возможно, ограничивает обратный поток при заполнении камеры.
Форма луковицы в виде перевёрнутой капли позволяет камере заполняться, даже пока насос продолжает работать. Как сообщили авторы, двойная поршневая схема заметно усложняет конструкцию, но обеспечивает непрерывную подачу яда в компактном автономном узле. Исследование также представляет свидетельство существования аксиально-поршневого насоса в биологической системе. pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗
Масштабная модель и нерешённые вопросы
Чтобы изучить деформацию клапанов и течение, исследователи построили динамически масштабированную физическую модель камеры-луковицы. Она подтвердила ключевые особенности цикла перекачки, а авторы предлагают механизмы, объясняющие изменение формы клапанов.
Несколько вопросов остаются открытыми. Течение яда внутри камеры напрямую не наблюдали, поэтому пространство для заполнения выведено из формы и последовательности движений клапанов. Неизвестно, полностью ли схлопнувшийся клапан предотвращает обратный подсос яда, а способ, которым два клапана расходятся друг с другом, не установлен. Авторы также не измеряли материал клапанов, а все жала снимали в прозрачном геле, а не в живой коже.
Авторы отмечают, что результаты углубляют понимание подачи яда у медоносных пчёл и других перепончатокрылых и могут подсказать конструкции микрофлюидных насосов. pnas.org
Proceedings of the National Academy of Sciencespnas.orgОткрыть источник ↗
