脱离身体的蜜蜂螫针仍是主动输送系统
工蜂飞走后，蜜蜂螫针并不会只是留在目标中。新的高速视频显示，这个微小结构在与蜜蜂身体分离后仍能独立工作，刺入组织并泵送毒液。
澳大利亚研究人员将西方蜜蜂Apis mellifera的螫针描述为一种复杂的双活塞微型泵。发表在Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究，详细展示了这一机制。该机制在一定程度上已被理解一个多世纪，但此前从未以这种方式被观察到。
这一发现之所以引人注意，还因为它的尺度。螫针长约2毫米，却包含毒囊、泵腔、肌肉、神经和成对结构，使其在脱离身体后仍能继续工作。
视频捕捉到毒液在类皮肤材料中的泵送
Macquarie University和University of New South Wales的研究人员使用了一种模拟人体皮肤的透明凝胶。让蜜蜂刺入这种材料后，他们记录下脱离的螫针自主泵送毒液的过程。
视频以每秒300帧的速度拍摄，显示螫针在凝胶中逐渐深入，同时其刺针来回运动。由于实验材料无法吸收或带走毒液，毒液被迫返回表面，使泵送动作变得可见。
这种设置让团队能够观察螫针各组成部分的相互作用，而不只是根据解剖结构推断其工作方式。首席作者Fiorella Ramirez-Esquivel表示，研究人员至少自1910年起就知道，毒囊中的毒液会流入一个包含小型阀门状泵送元件的腔室。但这些元件究竟如何协同工作，一直没有明确答案。
两根刺针帮助螫针前进
工蜂降落并插入螫针后，可能飞走并把结构留在目标中。这种分离称为自割。随后，螫针仍能自行继续刺入组织并注入毒液。
这一动作的核心是两根锋利的刺针，它们沿轨道前后滑动。这种往复运动帮助螫针进入组织。高速视频让研究人员得以在凝胶模型中直接看到这一过程。
螫针内部，毒囊与泵腔相连。研究人员将整个系统称为双活塞微型泵，强调的是协调的机械运动，而不是毒液的被动释放。脱离的螫针仍保留继续运行所需的肌肉和神经。
为何这一新视角重要
这项研究更完整地解释了为什么蜜蜂离开后，蜂螫仍能保持活性。它表明，脱离的螫针不是简单留在原处的碎片，而是一套紧凑装置，能够继续刺入目标并把毒液送入其中。
研究还展示了高速成像在研究微小生物系统方面的价值。一个只有几毫米的结构可以包含许多运动部件，而它们之间的关系很难通过普通观察分辨。在透明的类皮肤材料中记录过程，使研究人员能够同时观察刺针运动和毒液泵送。
对作者而言，这一结果解决了有关螫针阀门状元件的长期疑问。研究确定了这个小结构内部的工作部件，并解释了它们在持续输送毒液中的作用。
微型尺度上的生物机器
关于蜂螫的描述通常会停留在螫针被留下这一事实。这项研究把注意力转向之后发生的事情。被留下的结构把储液囊、腔室、阀门、肌肉、神经和滑动刺针组合成一个无需昆虫其他部分也能继续工作的系统。
它的运行尤其令人惊讶，因为同时承担两项任务：向目标内部推进并泵送毒液。往复运动的刺针帮助完成前者，泵送结构推动后者。研究人员拍摄的图像显示，这两个功能属于同一个持续过程。
研究并未改变工蜂螫针能够脱离这一基本事实，而是解释了脱离后的独立活动机制。这是理解一个熟悉生物现象的重要进展，而高速视频和精心选择的组织模拟材料使这一过程得以显现。
蜜蜂螫针只有2毫米长，却提醒人们，复杂的机械行为并不局限于大型动物或工程装置。在这个案例中，一个防御行为后留下的微型结构仍能移动、刺入并泵送毒液，成为独立运行的精密生物系统。
本文依据Phys.org报道编译。阅读原文。
Originally published on phys.org
