Cum pompează veninul acul albinei? Cercetătorii au filmat pentru prima dată mecanismul în acțiune VIDEO

Dacă ai fost înțepat vreodată de o albină, probabil știi că aceasta are un mecanism de apărare neobișnuit: își introduce acul în piele, apoi zboară, lăsându-l în urmă. Chiar și după ce insecta s-a îndepărtat, acul continuă să elibereze venin, timp de peste un minut.

Pierderea acului poate fi fatală pentru albină, deoarece îi poate provoca leziuni interne. Tocmai de aceea, acest mecanism este folosit în special atunci când insecta își apără stupul. Odată rămas în piele, însă, acul continuă să funcționeze chiar dacă albina este îndepărtată sau strivită.

Cum reușește să pompeze venin fără să mai fie conectat la corpul insectei? O echipă de cercetători a reușit să filmeze pentru prima dată mecanismul din interiorul acului și a descoperit că acesta funcționează ca o micropompă autonomă, cu un sistem diferit de cel întâlnit la multe alte animale veninoase.

Studiul, publicat în revista științifică iScience, explică modul în care componentele minuscule din interiorul acului deplasează veninul și arată cum acest mecanism natural ar putea inspira dezvoltarea unor pompe artificiale de dimensiuni foarte mici.

Cum funcționează sistemul de pompare a veninului

La multe animale veninoase, veninul este păstrat într-un sac special, iar contracțiile mușchilor din jurul acestuia îl împing spre exterior. În cazul albinelor, mecanismul este mai complex.

Sacul cu venin se golește într-o cameră de pompare din interiorul acului. Aceasta conține mici structuri mobile, asemănătoare unor valve, care permit deplasarea veninului. Existența lor era cunoscută încă din 1910, însă modul exact în care funcționează nu fusese pe deplin elucidat.

Pentru a înțelege mecanismul, cercetătorii au separat acele de corpul albinelor și le-au observat în timp ce pompau venin într-un gel transparent, conceput pentru a imita pielea umană.

Imaginile au dezvăluit un sistem neobișnuit. Camera de pompare poate fi imaginată ca un cilindru, cu o intrare prin care pătrunde veninul proaspăt și o ieșire prin care acesta ajunge în piele.

Citește și: Ce conține veninul de albină, viespe sau bondar și de ce ne umflăm

Cum pompează veninul acul albinei

În interior se află două valve care se deplasează în direcții opuse. Când una dintre ele coboară, se deschide asemenea unei parașute și se întinde pe toată lățimea cilindrului, formând o etanșare. Prin această mișcare, veninul este împins spre ieșire.

Ajunsă la capătul camerei, valva își schimbă forma și se strânge, asemănător unei umbrele care se pliază. Astfel, poate reveni în partea superioară a cilindrului.

Particularitatea este că cele două valve trebuie să treacă una pe lângă cealaltă, fără să piardă etanșarea necesară pompării. În același timp, camera trebuie să se poată umple din nou cu venin.

Cercetătorii au descoperit că valvele se comportă ca niște pistoane deformabile, care se deplasează în sensuri opuse. Mișcările lor succesive permit eliberarea continuă a veninului, chiar și după desprinderea acului de corpul albinei.

Cum au reușit cercetătorii să studieze mecanismul

Filmarea mișcărilor a fost doar primul pas. Acul albinei este extrem de mic, are o formă complicată și include structuri dificil de observat în detaliu. Pentru a-i înțelege arhitectura, echipa a folosit mai multe tipuri de microscoape și a realizat scanări tridimensionale.

Modelul 3D obținut a fost comparat cu imagini care evidențiau mai bine proprietățile materialelor și detaliile structurale ale acului. Observarea mecanismului din unghiuri diferite a fost esențială pentru reconstruirea modului în care funcționează valvele.

Ulterior, cercetătorii au folosit scanările pentru a crea o versiune simplificată și mărită a sistemului. După ce au testat mai multe tipuri de materiale plastice, au imprimat 3D camera de pompare și valvele, combinând materiale rigide și flexibile. Prototipul a reprodus principiul de pompare observat la acul real, confirmând că mecanismul putea fi recreat artificial.

Experimentul arată și că imprimarea 3D nu este utilă doar pentru fabricarea unor obiecte mici sau a unor accesorii. Tehnologia poate fi folosită și în cercetare pentru realizarea rapidă a unor prototipuri care ajută la verificarea unor ipoteze științifice.

Citește și: Veninul unor viespi, o posibilă armă eficientă în lupta împotriva cancerului

Ce aplicații ar putea avea descoperirea

Sistemul de pompare al albinei diferă de multe dintre mecanismele întâlnite în natură. Unele pompe biologice funcționează prin comprimarea unui rezervor cu ajutorul mușchilor, așa cum se întâmplă în cazul glandelor care produc venin la șerpi. Altele se bazează pe deformarea unor cavități, precum plămânii.

În schimb, acul albinei folosește două structuri asemănătoare unor pistoane, care se deplasează în interiorul aceleiași camere și își pot modifica forma.

Cercetătorii consideră că acest principiu ar putea inspira proiectarea unor pompe artificiale de mici dimensiuni. Printre domeniile în care ar putea fi util se numără microfluidica, disciplina care studiază și controlează cantități foarte mici de lichide, precum și sistemele de administrare a medicamentelor.

Mecanismul ar putea contribui și la dezvoltarea unor pompe capabile să asigure un flux continuu de lichid în dispozitive compacte, potrivit The Conversation.

Deocamdată, aceste utilizări reprezintă posibile direcții de cercetare, nu aplicații medicale deja disponibile. Descoperirea demonstrează însă că un mecanism minuscul, perfecționat de natură pentru apărarea unui stup, ar putea oferi idei valoroase pentru proiectarea unor tehnologii artificiale.