•Arılar, deriye soktukları iğneyi geride bırakır ve uçarken o iğne sizi sokmaya devam eder. İğnelerini kaybetmek iç organlarına zarar verdiği için arıları bu işlemi kolayca yapmaz; ancak bu durum, ezilseler veya silinseler bile iğnenin işlevini sürdürmesini sağlar. Sokma işleminden zehri tamamen pompalaması bir dakikadan fazla sürer.
Bu bağımsız mikro pompa nasıl çalışıyor? Zehirli hayvanların çoğu zehrini bir zehir kesesinde saklar ve bu kesenin etrafındaki dairesel kaslar sıkıştırıp gevşeterek zehri iter. Ancak bilim insanları uzun süredir arıların farklı bir yapıya sahip olduğunu biliyordu.
Arının zırva kesesi, içinde “valf” adı verilen küçük pompalama elemanlarını barındıran bir pompalama odasına boşalır. Bu durum 1910’dan beri biliniyor olsa da valflerin tam olarak nasıl çalıştığı bilinmiyordu.
Hoje yayımlanan çalışmada, bilim insanları arı iğnesinin içindeki pompalama elemanlarını ilk kez hareket halinde görüntüledi. Kaynak 1910’dan beri resmedilen bu yapıyı içeren araştırmayla uyumlu bir bulgu sunuyor.
Nasıl yaptılar?
Arı iğnesi bedenden ayrıldığı için onu engel olmadan gözlemlemek mümkün oldu. İnsan derisini taklit eden şeffaf bir jel hedef kullanılarak iğneler ayrıldı ve zehri pompalarken görüntüledi.
Pompalama odası bir silindir gibi düşünülürse, üstteki giriş taze zehrini iletirken alttaki çıkış zehri deriye aktarır. Bu silindirin içinde iki valf bulunur ve ikisi de zehri pompalamak için hareket eder.
Silindir aşağı indiğinde valf paraşüt gibi açılır, silindirin çapını kapatarak sızdırmazlık sağlar. Valf aşağı inerken zehrini çıkıştan iter. Silindirin altında ise valf yönünü değiştirir ve şemsiye gibi katlanarak silindirin tepesine geri dönebilir.
Neler buldular?
Silindirin içinde iki valf bulunur ve zıt yönde hareket ederler. Bu, birbirlerinin üzerinden geçebilmeleri ama yine de sızdırmazlık sağlayıp zehri pompalamaları gerektiği anlamına gelir; aynı zamanda pompalama odasının yeniden dolmasına olanak tanır.
Bilim insanları valflerin katlanabilir pistonlar gibi davrandığını keşfetti. Zıt yönde pompalayarak sürekli bir zehir akışı sağlıyorlar.
Sokma mekanizmasını çalıştırmak için yüzlerce saat görüntüleme gerekiyordu. Ao vivo arı iğneleriyle o kadar çok uğraşıldı ki araştırmacıdan biri yalnızca bir kez ısırıldı.
Daha yakından bakış
Görüntüleme, iğnenin nasıl hareket ettiğini anlamaya yardımcı oldu. Ancak iğne bu kadar küçük ve görünmesi zor olduğundan, şeklinin ne kadar karmaşık olduğunu anlamak için farklı mikroskoplara ihtiyaç vardı.
Bilim insanları iğnenin yapısının bir modelini oluşturmak için üç boyutlu taramalar yaptı ve bu modeli iğnenin malzeme özelliklerini ve ayrıntılarını daha iyi yansıtan görüntülerle karşılaştırdı.
iğneyi farklı açılardan incelemek, aslında ne olduğunu anlamak için kritikti. Bulgularını doğrulamak için üç boyutlu taramaları aldı ve iğnenin basitleştirilmiş, ölçeği büyütülmüş bir versiyonunu yaptı.
Çok sayıda farklı plastiği test ettikten sonra pompalama odasını ve valfleri hem rijit hem de esnek malzemelerle 3D yazdırarak gerçek iğnede gözlemlenen pompalama ilkesini yeniden üretti.
Çoğumuzun 3D yazıcıları küçük oyuncaklar ve aletler yapmak için kullandığı bilinse de, normal tüketici yazıcıları bilimde hızlı prototipleme için kullanılabilir.
Bu tasarımın geleceği
Arı iğnesi alışılmadık bir pompadır. Doğadaki çoğu pompa ya kaslar tarafından sıkıştırılan depolardır (yilan zehri bezleri) ya da kasılma ile şekillenilen odalardır (insan akciğerleri).
Arı iğneleri, pistonları silindir başına iki tanesi ve son derece esnek olan araba motorunun pistonlarına benzer şekilde çalışır. Bu alışılmadık pompa tasarımının mikroakışkanlık (küçük miktarlı sıvıları kontrol eden bir disiplin), ilaç teslimi veya sürekli akış pompalarda insan yapımı pomplar için uygulama alanı bulması muhtemeldir.
