ویدئویی با سرعت بالا نشان می دهد که چگونه نیش زنبور عسل سم را پمپاژ می کند

یکی از نویسندگان: "هندسه منحصر به فرد سوپاپ ها کلید اصلی است؛ آنها به عنوان پیستون های جمع شونده عمل می کنند" برای رساندن سم.

یکی از نویسندگان: "هندسه منحصر به فرد سوپاپ ها کلید اصلی است؛ آنها به عنوان پیستون های جمع شونده عمل می کنند" برای رساندن سم.

زنبورهای عسل به محض اینکه شما را نیش زدند و پرواز کردند، نیش خود را در گوشت لطیف رها می کنند. طبق مقاله جدیدی که در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، دانشمندان اکنون به این نتیجه رسیده اند که نیش می تواند به پمپاژ سم به قربانی نگون بخت خود حتی پس از پرواز زنبور عسل ادامه دهد و این به لطف مکانیزم پمپ مانند دو پیستونی منحصر به فرد است.

گونه‌های مختلف مکانیسم‌های مختلفی را برای انتقال زهر ایجاد کرده‌اند که شامل سوراخ کردن پوست و سپس پمپاژ زهر از یک غده یا مخزن است. به عنوان مثال، عنکبوت‌ها دارای ماهیچه‌هایی هستند که غدد سمی خود را احاطه می‌کنند، که منقبض شده و سم را از طریق دندان‌های نیش بیرون می‌کشند. زنبورها، زنبورها و مورچه ها زهر را از طریق نیش خود منتقل می کنند، یا با انقباض ماهیچه های اطراف مخزن سم یا از طریق عناصر سفت به نام لانست که با هم کار می کنند تا سم را پمپ کنند.

زنبورهای عسل (Apis mellifera) یک ویژگی منحصر به فرد اضافه می کنند: زنبورهای کارگر پس از قرار دادن نیش خود در هدف، پرواز می کنند و نیش را پشت سر می گذارند. نیش همچنان به نفوذ در بافت و پمپاژ سم به خودی خود ادامه می دهد، پدیده ای نادر که به عنوان اتوتومی شناخته می شود. نیش زنبور عسل دارای سه عنصر به هم پیوسته اصلی است که کانال زهر را تشکیل می‌دهند: یک استیل که پهن می‌شود تا محفظه پمپاژ اصلی را تشکیل دهد و دو لنتس با نوک تیز که به جلو و عقب می‌لغزند و سوراخ را سوراخ می‌کنند.بافت و پمپاژ سم به هدف. اما مکانیسم دقیقی که توسط آن عمل پمپاژ به دست می آید هرگز به طور مستقیم مشاهده نشده است.

نویسندگان این مقاله اخیر به دنبال کشف سینماتیک پمپاژ زهر نیش زنبور عسل به منظور شناسایی بیومکانیک اساسی بودند. آنها زنبورهای کارگر زنده را جمع آوری کردند و درست قبل از فیلمبرداری، نیش ها را با فورسپس خارج کردند. سپس آن‌ها را تا حدی در بلوک‌های ژل مصنوعی قرار دادند و با استفاده از میکروسکوپ استریومیکروسکوپی و فیلم‌برداری رنگی با سرعت بالا، عمل پمپاژ را ثبت کردند. پس از آن یک تحلیل فریم به فریم برای ردیابی بهتر حرکت انجام شد که به دلیل نیمه شفاف بودن ساختارها قابل مشاهده است.

این فیلم نشان داد که دریچه‌های متصل به هر لنست – که هر دو در داخل محفظه پمپاژ سم قرار دارند – در حین پمپاژ تغییر شکل می‌دهند و به جلو و عقب می‌لغزند. آنها مانند یک چتر نجات در حرکت پایین باد می شوند و از طریق یک عمل پیستون مانند که فشار رو به پایین در محفظه اعمال می کند تا زهر را خارج کند، مهر و موم ایجاد می کند. آنها در بالا آمدن باد می کنند. و دریچه ها وقتی در وسط به هم می رسند دوباره شکل خود را تغییر می دهند تا از کنار یکدیگر عبور کنند.

Fiorella Ramirez-Esquivel از دانشگاه Macquarie، یکی از نویسندگان این مقاله گفت: "هندسه منحصر به فرد دریچه ها کلید اصلی است؛ آنها به عنوان پیستون های جمع شونده عمل می کنند و - با پمپاژ در جهت های مخالف - می توانند یک جریان مداوم از سم را ایجاد کنند." طراحی دو پیستون پیچیدگی می‌افزاید، اما کلیدی است که نیش می‌تواند زهر را وارد کند.به طور مداوم در یک واحد فشرده و مستقل. حرکت دوگانه نیز جریان برگشتی را به حداقل می رساند.

این نتایج با آزمایش‌های اولیه تجسم جریان نویسندگان سازگار بود. برای تأیید یافته‌های اولیه، این تیم اسکن‌های میکروسی‌تی را گرفتند و از آن داده‌ها برای ایجاد یک مدل اولیه مقیاس‌شده با چاپ سه‌بعدی برای تقلید از رفتار پمپاژ مشاهده‌شده استفاده کردند. این حرکت پمپاژ نیز فریم به فریم فیلمبرداری و تحلیل شد. مدل پمپاژ مصنوعی همان سینماتیک پمپاژ را به عنوان نیشگرهای بیولوژیکی نشان داد.

تحقیقات آینده ممکن است بر بررسی دقیق‌تر خواص مواد دریچه‌ها متمرکز شود، زیرا شیر پلیمری مصنوعی این تیم نشان می‌دهد که خاصیت ارتجاعی بسیار بالا برای تکرار تغییر شکل‌های ضروری شیر، همراه با اصطکاک کم بین دریچه‌ها کلیدی است. با توجه به اندازه کوچک عناصر پمپاژ سم، بررسی اینکه آیا عملکرد مویرگی نقشی دارد یا خیر مفید خواهد بود. عمل مویرگی می‌تواند به کشیدن سم به داخل کانال زهر کمک کند، یا در عوض، زهر ممکن است نیاز به مقابله با عملکرد مویرگی برای بیرون کشیدن مایع از بافت داشته باشد.

تحقیقات قبلی از ساختار نیش زنبور عسل به عنوان الهام بخش برای طراحی میکروسوزن ها، دستگاه های انتقال بافت و دستگاه های حفاری استفاده کرده است. نویسندگان بر این باورند که کار آنها در نهایت کاربرد پزشکی و میکروسیال مشابهی مانند پمپ های مصنوعی پیدا خواهد کرد.

DOI: PNAS، 2026. 10.1073/pnas.2603916123 (درباره DOI ها).

جنیفر یک نویسنده ارشد در Ars Technica است که تمرکز خاصی بر محل تلاقی علم داردفرهنگ، از فیزیک و موضوعات بین رشته ای مرتبط گرفته تا فیلم ها و سریال های تلویزیونی مورد علاقه او را پوشش می دهد. جنیفر با همسرش، فیزیکدان شان ام. کارول، و دو گربه شان، آریل و کالیبان، در بالتیمور زندگی می کند.