Menu

Skrzydła żądłówek inspiracją dla budowy golarki.

Niezwykła zdolność pszczół do lotu wynika przede wszystkim z tego, że zostały wyposażone w dwie pary skrzydeł. W czym tkwi tajemnica ich niezwykłego funkcjonowania podczas lotu pszczoły, a także spoczynku, kiedy to zostają złożone?

grafika: MidJourney / Beebendum

Okazuje się, że skrzydła są połączone ze sobą za pomocą bardzo skomplikowanego synchronicznego mechanizmu sprzęgania skrzydło do skrzydła. Składa się on z rzędów zaczepów oraz zrolowanej membrany, działających jak analogicznie do wielofunkcyjnego sprężynującego stawu. Wytrzymuje nie tylko olbrzymie siły aerodynamiczne podczas lotu, ale także bezawaryjnie poddaje się olbrzymiemu naprężeniu i tarciom, np. podczas przypadkowych kolizji. Skrzydła, co zaskakujące, w każdej z tych sytuacji przez cały czas pozostają ze sobą połączone. Pozornie delikatne, malutkie zaczepy, podczas synchronicznej pracy nieustannie przenoszą duże jak na owada siły z jednego skrzydła na drugie. W jaki sposób są radzą sobie z tak niezwykłymi wyzwaniami? To zagadnienie nurtowało naukowców z Iranu, którzy po raz pierwszy w historii dokonali systematycznych badań tych lotnych mechanizmów sprzęgających u owadów błonkoskrzydłych. Punktem wyjścia była hipoteza, że skomplikowany układ pełniący funkcję sprężystego”stawu” do łączenia skrzydeł uległ morfologicznym adaptacjom do sił, jakim jest poddawany. Aby to sprawdzić, naukowcy przeanalizowali budowę owadów dziewięciu różnych gatunków żądłówek: pszczół, os i grzebaczy, w tym robotnic, trutni i matki pszczoły miodnej.

Na podstawie badań stwierdzono, że biomechanika łączenia jest zależna od gatunku żądłówek. Najkrótszej długości mechanizm łączący występują u os społecznych – 2,06 mm, a najdłuższy – u pewnych grzebaczy (Sphex pensylvanicus). Ponadto te części skrzydeł mają różne kształty: bywają mniej lub bardziej wydłużone, płaskie, zakrzywione lub ostro zakończone. Różne jest także ich ułożenie względem siebie. Zastosowanie nowoczesnych technik badawczych (m.in. mikroskopii elektronowej i laserowej) umożliwiło zbudowanie wirtualnych trójwymiarowych modeli skrzydeł i obserwację ich działania w odmiennych warunkach. Uznano, że za sprężystość sprzężonych skrzydeł odpowiada miękka łata u podstawy zaczepów oraz przytrzymująca ją żyłka, która w pewnym zakresie może swobodnie się obracać. Badacze odkryli także asymetryczne działanie tego mechanizmu na osi skrzydeł przy ruchu w górę i w dół. Ten wielofunkcyjny „staw” ma ograniczone możliwości synchronicznego przemieszczenia się skrzydeł przednich i tylnych względem siebie. Zaczepy w środku skrzydeł różnią się od zaczepów na końcach skrzydeł. Odkryto także, że ”staw” ten jest w stanie wytrzymać siłę 180 razy większą od wagi pszczoły i 40 razy większą od sił aerodynamicznych, jakim pszczoła poddawana jest podczas lotu. Skąd taka – wydawałoby się – nadmierna wytrzymałość? Otóż dzięki innym badaniom wiadomo, że owad w locie narażony jest na nieustające kolizje (nawet kilka tysięcy). Wynik badania wskazuje zatem, że wytrzymałość połączenia skrzydeł jest wymogiem adaptacyjnym (cechą dostosowawczą) i służy utrzymaniu ich w powietrzu nie tylko podczas typowych lotów, ale także w nieoczekiwanych sytuacjach.

Zainspirowani własnym odkryciem irańscy naukowcy skonstruowali sztuczny staw, zdolny do zamykania i otwierania się, ale jednocześnie obracania i przesuwania (w pewnym zakresie) względem siebie. Mechanizm działania wielofunkcyjnych skrzydlatych stawów żądłówek wykorzystali następnie w projekcie maszynki do golenia. Wydaje się, że wiedza na temat funkcjonowania tego sprzęgającego mechanizmu pozwoli na szersze wykorzystanie tego „cudu natury” w bioinżynierii i biomechanice.

Poczytaj więcej w artykule "Moralność bioinżynierii" i "Zmodyfikowane bakterie wzmacniają pszczoły", "Porobnica ocalona, planeta kwitnie" oraz posłuchaj w odcinkach podkastów "Racjonalnie o GMO" oraz "Udomawianie owadów?".

S. H. Eraghi, A. Toofani, A. Khaheshi, M. Khorsandi, A. Darvizeh, S. Gorb, H. Rajabi, Wing Coupling in Bees and Wasps: From the Underlying Science to Bioinspired Engineering, „Advanced Science” 8/2021, 2004383. https://doi.org/10.1002/advs.202004383

Więcej skrótów badań naukowych po polsku znajdziesz tutaj. Artykuł został pierwotnie opublikowany w numerze miesięcznika Pszczelarstwo w rubryce "Nowe Odkrycia". Dziękuję redakcji Pszczelarstwa za poprawki redakcyjne.

Przygotowywanie skrótów angielskojęzycznych publikacji naukowych na język polski wymaga poświęcenia sporo czasu oraz zaangażowania merytorycznego.

Pestycydy w rodzinach pszczoły miodnej.

Ustalenie rzeczywistego narażenia pszczół w USA.

Pszczoła miodna może funkcjonować jako swoisty wskaźnik zanieczyszczenia środowiska pestycydami. Stopień ryzyka, na jakie narażone są zapylacze jest od kilku latach ważnym problemem badawczym.

Ilustracja do artykułu
grafika: Midjourney / BeeBendum

W Stanach Zjednoczonych w ciągu siedmiu lat oceniano: częstotliwość kontaktu pszczół z pestycydami, różnorodność substancji czynnych i ich stężenie oraz współczynnik zagrożenia (hazard quotient). Naukowcy uważają, że do zrozumienia wpływu pestycydów na zapylacze nie wystarczy wiedza na temat toksyczności poszczególnych związków. Aby ocenić potencjalne ryzyko dla pszczół, musimy znać stopień narażenia, który z kilku powodów jest trudno ustalić. Po pierwsze narażenie zależy od kontekstu. Po drugie na rynku są setki rodzajów pestycydów, wchodzących ze sobą w relacje (działanie synergistyczne). Po trzecie, badania tego typu są kosztowne (za analizę próbki trzeba zapłacić nawet 350 dolarów). Pozostaje więc interpretacja niepełnych danych. Zespół amerykańskich naukowców przebadał próbki pyłku pochodzące z 1055 pasiek, z 39 stanów, pod kątem obecności 218 substancji czynnych i ich metabolitów.

Stwierdzono, że większość próbek pyłku zawierała pozostałości pestycydów (81,9 proc.). Pszczoły były narażone na działanie 120 substancji

(w próbce pyłku wykrywano obecność średnio trzech substancji). Mimo że użycie pestycydów w ostatnich latach wzrosło, ich zawartość, w większości próbek, nie przekraczała dawki dopuszczalnej dla pszczelej rodziny. Nie oznacza to jednak braku zagrożenia; pestycydy oddziaływując na pszczoły w sposób chroniczny, powodują obniżenie odporności owadów (wzrost podatności na rozwój nosemozy i chorób czerwiu, straty matek). Patrz artykuł tu i tu.

Okazało się, że insektycydami skażonych było 21% próbek pyłku, fungicydami - 22%, herbicydami - 12%. Należy jednak podkreślić, że aż w 42% próbek wykryto nie tyle środki ochrony roślin, co akarycydy stosowane przez pszczelarzy w preparatach przeciwwarrozowych: w 45% - DMPF (metabolit amitrazy), w 37 proc., fluwalinat, w 32 proc.- kumafos. Toksyczne i niezwykle groźne dla pszczół neonikotynoidy zidentyfikowano w 2% próbek.

Wykresy do publikacji naukowej

Poczytaj więcej w artykule "Pszczelarska chemia i pestycydy" i "Spadek skuteczności akarycydów", "Fakty i mity związane z pestycydami" oraz posłuchaj w odcinkach podkastów "Cukier i pestydycy" oraz "Przychodzi pszczoła do lekarza".

Źródło: Traynor K. i in., 2021. Pesticides in Honey Bee Colonies: establishing a baseline for real world exposure over seven years in the USA. Environmental Pollution. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116566

Więcej skrótów badań naukowych po polsku znajdziesz tutaj. Artykuł został pierwotnie opublikowany w numerze miesięcznika Pszczelarstwo w rubryce "Nowe Odkrycia". Dziękuję redakcji Pszczelarstwa za poprawki redakcyjne.

Przygotowywanie skrótów angielskojęzycznych publikacji naukowych na język polski wymaga poświęcenia sporo czasu oraz zaangażowania merytorycznego.