Un mecanism unic: de ce continuă acul de albină să pompeze venin după detașare
Un studiu publicat recent în revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) arată că acul de albină (Apis mellifera), cu o lungime de aproximativ 2 milimetri, funcționează ca o micropompă sofisticată cu dublu piston. Cercetătorii au folosit videografie de mare viteză pentru a surprinde modul în care acul continuă să injecteze venin în țintă chiar și după ce s-a desprins de corpul insectei.
După ce o albină lucrătoare înțeapă și își ia zborul, acul rămâne în țintă printr-un proces numit autotomie. Acul continuă apoi să pătrundă în țesut și să injecteze venin folosindu-și propria energie. Până acum, mecanismul exact prin care se produce acest lucru nu era cunoscut în detaliu.
„Știm încă din 1910 că sacul de venin al acului de albină se golește într-o cameră cu mici elemente de pompare numite valve, dar până acum nu știam exact cum funcționează”, a explicat autoarea principală a studiului, dr. Fiorella Ramirez-Esquivel de la Universitatea Macquarie.
Structura acului și mecanismul de pompare
Acul conține mai multe componente, printre care un sac de venin, o cameră de pompare, mușchi și nervi. De asemenea, are două lancete ascuțite care alunecă înainte și înapoi pe un sistem de șine, într-o mișcare similară cu cea a unui ferăstrău alternativ. Lancetele sunt responsabile atât pentru adâncirea acului în piele, cât și pentru pomparea veninului.
Fiecare lancetă are atașată o valvă care se află în interiorul camerei de pompare. Cercetătorii au descoperit că aceste valve își schimbă dinamic forma pentru a crea un sigiliu în timpul cursei descendente și se prăbușesc în timpul cursei ascendente, generând presiune pentru pompare și reducând refluxul în timpul realimentării.
Videografia de mare viteză a arătat că valvele se umflă ca o parașută în timpul cursei descendente, funcționând ca pistoane care aplică presiune de pompare asupra veninului, apoi se dezumflă în timpul cursei ascendente.
„În final, și poate cel mai spectaculos, când valvele se întâlnesc la mijlocul cursei, își schimbă din nou forma pentru a trece una pe lângă cealaltă”, a declarat Ramirez-Esquivel. „Aceasta este o strategie remarcabilă de pompare a fluidului, deoarece menținerea unui sigiliu este vitală pentru transmiterea eficientă a presiunii. Geometria unică a valvelor este cheia; acționează ca pistoane pliabile și, pompând în direcții opuse, reușesc să livreze un flux continuu de venin.”
Testarea mecanismului la scară mărită
Pentru a explora mai departe mecanica și fluxul acului, cercetătorii au folosit scanări microCT pentru a imprima 3D un model funcțional mărit al camerei de pompare și al lancetelor, confirmând caracteristicile cheie ale ciclului de pompare.
„Designul cu dublu piston adaugă complexitate, dar este cheia pentru ca acul să poată livra venin continuu într-o unitate compactă și autonomă”, a adăugat Ramirez-Esquivel.
Autorii studiului concluzionează că principiile de design descoperite la acul de albină ar putea inspira micropompe inginerești cu aplicații potențiale în tehnologii medicale minim invazive și microfluidice.
