Bal arılarının soktuktan sonra iğnelerini hassas deride bırakıp uçup gittiği biliniyor. Yeni bir çalışmaya göre iğne, arı uzaklaştıktan sonra bile kurbana zehir pompalamaya devam edebiliyor. Bu durumun arkasında çift pistonlu pompa benzeri mekanizma olduğu, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan makalede ortaya kondu.
Farklı türler zehri iletmek için farklı mekanizmalar geliştirmiş. Zehir bezini çevreleyen kasların kasılıp zehri boşaltmasıyla çalışan örümcekler gibi bazıları içi boş dişlerle çalışırken, arılar, eşek arıları ve karıncalar iğneleriyle zehir veriyor. Bu grupta zehir deposu çevresindeki kasların kasılması ya da zehri pompalayan sert lancet adı verilen yapıların birlikte hareketi söz konusu.
Bal arıları Apis mellifera bu sürece özgün bir özellik katıyor. İşçi arılar iğneyi hedefe yerleştirdikten sonra uçup gidiyor ve iğneyi geride bırakıyor. İğne dokuda kalmaya devam edip kendi başına zehir pompalamaya devam ediyor; bu nadir olaya ototomi deniyor. Arı iğnesi zehir kanalını oluşturan üç ana kilitli elemandan oluşuyor: pompalama odasını oluşturacak şekilde genişleyen bir stylet ve dokuyu delip zehri hedefe pompalayan ileri geri kayan iki sivri uçlu lancet. Pompalama eyleminin tam olarak nasıl gerçekleştiği ise bugüne kadar doğrudan gözlenememişti.
Makalenin yazarları bal arısı iğnelerinin zehir pompalama kinematiğini yakalayarak altta yatan biyomekaniği belirlemek istedi. Canlı işçi arılar toplandı ve çekimden hemen önce forsepsle iğneleri çıkarıldı. Bu iğneler kısmen yapay jel bloklara yerleştirildi ve stereomikroskopi ile yüksek hızlı renkli videografi kullanılarak pompalama hareketi kaydedildi. Yapılar yarı saydam olduğu için hareketi daha iyi izlemek amacıyla kare kare analiz yapıldı.
Kayıtlar her bir lancete bağlı kapakların pompalama sırasında şekil değiştirdiğini gösterdi. Her iki kapak da zehir pompalama odasının içinde yer alıyor ve ileri geri kayarken paraşüt gibi şişiyor. Aşağı hareketinde piston benzeri bir etkiyle odada aşağıya doğru basınç oluşturarak zehri dışarı iten bir conta görevi görüyor. Yukarı hareketinde ise söndüğünü görüldü. Kapaklar ortada buluştuğunda birbirinin üzerinden geçebilmek için yeniden şekil değiştiriyor.
Macquarie Üniversitesi'nden ortak yazar Fiorella Ramirez-Esquivel “Kapakların özgün geometrisi kilit nokta; çökebilir pistonlar gibi davranıyorlar ve zıt yönlerde pompalayarak kompakt, özerk bir ünite içinde sürekli zehir akışı sağlayabiliyorlar” dedi. “Çift piston tasarımı karmaşıklık katıyor ama iğnenin zehri sürekli verebilmesinin anahtarı bu” diye ekledi. Çift yönlü hareket geri akışı da en aza indiriyor.
Bulgular yazarların ön çalışmasındaki akış görselleştirme deneyleriyle uyumluydu. İlk bulguları doğrulamak için ekip mikro BT taramaları yaptı ve verilerden gözlenen pompalama davranışını taklit eden 3 boyutlu baskılı ölçekli bir prototip model oluşturdu. Bu yapay pompalama hareketi de filme alınıp kare kare analiz edildi. Yapay model biyolojik iğnelerle aynı pompalama kinematiğini gösterdi.
Gelecek araştırmalar kapakların malzeme özelliklerinin daha yakından incelenmesine odaklanabilir. Ekibin yapay polimer kapağı, gerekli deformasyonları yeniden üretmek için son derece yüksek esnekliğin kilit olduğunu ve kapaklar arasında düşük sürtünme gerektiğini gösteriyor. Zehir pompalama elemanlarının küçük boyutu nedeniyle kılcal hareketin rolünün araştırılması da faydalı olacak. Kılcal hareket zehri kanala çekebilir ya da alternatif olarak zehrin dokudan gelen sıvıyı yukarı çeken kılcal etkiyi yenmesi gerekebilir.
Önceki araştırmalar bal arısı iğnesi yapısını mikro iğnelerin, doku taşıma cihazlarının ve delme cihazlarının tasarımı için ilham kaynağı olarak kullanmış. Yazarlar kendi çalışmalarının da yapay pompalar gibi tıbbi ve mikroakışkan uygulamalar için benzer şekilde kullanılabileceğini düşünüyor.
PNAS, 2026. DOI: 10.1073/pnas.2603916123.