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.
