Уникальное исследование провели биологи и инженеры из Университета Маккуори (Австралия). Известно, что укус пчелы часто приводит к гибели самого насекомого из-за разрыва брюшка при отрыве жала, однако этот эволюционный механизм позволяет ввести обидчику яд, даже если пчела уже не может продолжить атаку.
Чтобы детально рассмотреть внутренние процессы без каких-либо помех, ученые заставили пчел ужалить специальный прозрачный гелевый субстрат, плотность которого имитирует человеческую кожу. Во время многочасовой микросъемки с высокой частотой кадров исследователи проследили, как отделенное жало продолжает качать токсин в течение одной-двух минут после полного отделения от брюшка. Результаты исследования и уникальные видеоматериалы опубликовали в издании The Conversation.
Запись и последующее высокоточное трехмерное сканирование показали, что внутри жала есть две миниатюрные заслонки, которые движутся навстречу друг другу. Когда заслонка идет вниз, она раскрывается как парашют, плотно перекрывает внутреннее пространство и выталкивает порцию яда. При движении наверх она схлопывается словно зонтик, что позволяет ей без помех проскользнуть мимо второй заслонки и заполнить камеру новой порцией содержимого из ядовитого мешочка. Благодаря такой слаженной работе яд поступает непрерывно и ровно, без остановок и потери напора.
Чтобы окончательно подтвердить открытие и проверить его работу на практике, ученые создали увеличенную действующую физическую копию механизма с помощью 3D-принтера, применив специальную комбинацию жестких и гибких полимерных материалов. Большинство ядовитых желез в живой природе работают за счет простого сжатия мышц окружающего мешочка, однако пчелиное жало напоминает скорее двухпоршневой двигатель внутреннего сгорания с деформируемыми деталями.
Ученые уверены, что эта естественная микросистема послужит готовым инженерным решением для создания компактных медицинских микронасосов и приборов для точечной инъекционной доставки лекарств в ткани пациента.