Medus bites dzeloņa dzeloņainais aparāts varētu būt viena no sarežģītākajām indes nogādāšanas sistēmām dabā. Atšķirībā no skorpioniem un zirnekļiem, kas indi relatīvi vienkārši ievada audos, bite izmanto sarežģītu divtaktu sūkni, kas turpina darboties arī pēc tam, kad dzelonis ir atdalījies no bites ķermeņa.

Par šo neparasto anatomiju zināms jau vairāk nekā gadsimtu, tomēr līdz šim neviens nebija redzējis pašu mehānismu darbībā. “Jau vismaz kopš 1910. gada mēs zinām, ka medus bites dzeloņa indes maiss iztukšojas kamerā ar maziem sūknēšanas elementiem, ko sauc par vārstiem, taču līdz šim nezinājām, kā tieši tie darbojas,” stāsta Makvori universitātes Austrālijā entomoloģe Fiorella Ramiresa-Eskiquela.

Ramiresas-Eskiquelas vadītā pētnieku komanda ar ātrdarbīgu video ierakstījusi procesu, parādot, kā divi elastīgi vārsti darbojas līdzīgi miniatūru virzuļu pārim un ievada indi dziļāk mērķa audos. Atklājums sniedz biologiem jaunu ieskatu bites uzbūvē, kā arī var palīdzēt inženieriem izstrādāt jaunus mikrosūkņus medicīnas ierīcēm.

Dzelonis turpina darboties bez bites

Kā zina ikviens, kuru bite ir sadzēlusi, uzbrukuma brīdī bites pašas dzīvība atkāpjas otrajā plānā. Procesā, ko dēvē par autotomiju, bite atstāj dzeloni audos, un tas turpina darboties patstāvīgi, izmantojot paša dzeloņa muskuļus, dažādus dziedzerus, nervu ganglijus un indes maisu.

Atdalītais aparāts bez bites kontroles turpina kustēties, iespiežoties arvien dziļāk audos un pa šauru kanālu sūknējot indi. Lai detalizēti izpētītu šo procesu, Makvori universitātes un UNSW Canberra pētnieki filmēja atdalītus dzeloņus, tiem iekļūstot caurspīdīgā gelā, kas imitēja cilvēka audus. Video ieraksti tika apvienoti ar augstas izšķirtspējas mikrodatortomogrāfijas skenējumiem, ļaujot trīsdimensionāli rekonstruēt dzeloņa sarežģīto iekšējo uzbūvi.

Pētnieki apstiprināja iepriekš izteiktus pieņēmumus: sūknēšanas pamatā ir divas garas, asas struktūras, ko sauc par lancetēm. Tās slīd uz priekšu un atpakaļ lielākā dzeloņa komponentē — stileta iekšpusē. Katra lancete nes elastīgu vārstu, kas pārvietojas paplašinātā kamerā jeb bulbā, kur pirms izvadīšanas uzkrājas inde.

Elastīgie vārsti darbojas kā miniatūri virzuļi

Vārsti kustas pretējos virzienos, pārmaiņus izspiežot indi un radot vietu jaunai indes porcijai. Kustībā uz leju vārsts izplešas pret kameras sienām, izveido blīvējumu un darbojas kā virzulis, spiežot indi izejas virzienā. Kustībā uz augšu vārsts saplok, samazinot pretestību un ļaujot kamerai no jauna piepildīties. Šī formas maiņa arī ierobežo indes daudzumu, ko iespējams ievilkt atpakaļ no brūces.

Vidū savā kustības ciklā abiem vārstiem ir jāiziet vienam otram garām. Tie uz īsu brīdi deformējas, lai varētu saspiesties garām, un pēc tam atkal turpina sūknēšanas darbu.

Šāds risinājums ir neparasts tik mazai sistēmai. Parasts virzuļsūknis šķidruma plūsmas kontrolei parasti izmanto stingras detaļas un vārstus. Medus bite tādu pašu uzdevumu paveic ar elastīgām struktūrām, kas nepārtraukti savijas un maina formu.

Pamatojoties uz novērojumiem, pētnieki izveidoja sūknēšanas kameras 3D modeli. Tas tika izgatavots no elastīgiem materiāliem un atkārtoja svarīgākās dabiskā dzeloņa sūknēšanas cikla īpašības, palīdzot apstiprināt, kā vārsti deformējas un izkļūst viens otram garām.

Tomēr vēl nav skaidrs, kā tieši īstie vārsti maina formu šķērsošanās brīdī. Pētnieki noteikuši divus iespējamos mehānismus, taču nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noskaidrotu, kurš no tiem vislabāk apraksta notiekošo.

Dabas mehānisms var noderēt medicīnas tehnoloģijās

Šķiet, ka dzeloņa uzbūve atrisina sarežģītu inženiertehnisku problēmu — kā vienlaikus nodrošināt nepārtrauktu šķidruma plūsmu caur ļoti mazu kameru un to atkārtoti piepildīt.

Sistēma ir kompakta, pašpietiekama un spēj darboties bez bites ķermeņa. Tas varētu sniegt idejas inženieriem, jo ierīces, kas pārvieto ļoti mazus šķidruma daudzumus, varētu izmantot mikrofluidikā un minimāli invazīvās medicīnas tehnoloģijās, kur plūsmas kontrole šauros kanālos ir sarežģīta.

Pētnieki uzskata, ka deformējami virzuļi varētu būt īpaši noderīgi īpaši pielāgotos sūkņos, kuriem jādarbojas neregulāras formas kamerās. Medus bites dzelonis tādējādi ir vēl viens iemesls novērtēt šī mazā kukaiņa pārsteidzoši sarežģīto uzbūvi.