北京
蜜蜂蜇人后，常常会把毒刺留在受害者的皮肤里，自己却飞走了。科学家如今发现，即使蜜蜂已经飞离，这根毒刺依然能够继续向受害者体内注入毒液，这得益于一种独特的双活塞泵式机制。这项研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
不同物种演化出了各自独特的毒液输送机制，其核心都涉及刺穿皮肤，再从腺体或储液囊中泵出毒液。例如，蜘蛛的毒腺周围包裹着肌肉，通过收缩肌肉将毒液从中空的毒牙中挤出。蜜蜂、黄蜂和蚂蚁则通过毒刺来输送毒液，有的依靠毒液储存囊周围肌肉的收缩，有的则依靠被称为"刺针"的坚硬结构协同运作来泵送毒液。
蜜蜂（学名 Apis mellifera）则拥有一项独特的本领：工蜂将毒刺刺入目标后会直接飞走，把毒刺留在原地。留下的毒刺会继续刺入组织并自主泵送毒液，这种罕见的现象被称为"自残"（autotomy）。蜜蜂毒刺由三个相互嵌合的主要结构组成，共同构成毒液通道：一个逐渐变宽形成主泵送腔的刺鞘，以及两根能够前后滑动的尖锐刺针，它们刺入组织并将毒液泵入目标体内。然而，这种泵送动作究竟是如何实现的，此前从未被直接观察到。
这篇最新论文的作者们试图捕捉蜜蜂毒刺泵送毒液时的运动学细节，从而揭示其背后的生物力学原理。他们采集了活体工蜂，并在拍摄前用镊子取下毒刺，随后将毒刺部分插入人工凝胶块中，使用体视显微镜和高速彩色摄像技术记录泵送动作。接着，研究人员逐帧分析这些影像，以更精确地追踪运动过程——由于这些结构半透明，这一运动过程清晰可见。
影像资料显示，连接在每根刺针上的瓣膜——两者都位于毒液泵送腔内——在前后滑动泵送的过程中会改变形状。它们在下行冲程时像降落伞一样膨胀展开，通过类似活塞的作用形成密封，在腔内施加向下的压力以挤出毒液；而在上行冲程时则会收缩瘪下。当两个瓣膜在中间相遇、需要彼此交错通过时，它们还会再次改变形状。
"瓣膜独特的几何结构是关键所在；它们如同可折叠的活塞，通过朝相反方向泵送，实现了毒液的连续输出，"论文共同作者、麦考瑞大学的菲奥雷拉·拉米雷斯-埃斯基韦尔（Fiorella Ramirez-Esquivel）说道，"这种双活塞设计增加了结构的复杂性，但正是这一设计使毒刺能够作为一个紧凑、自主运作的单元持续输送毒液。"这种双重运动方式同时还能最大限度减少毒液回流。
这些结果与研究团队前期的流动可视化实验结果相一致。为了验证最初的发现，研究团队进行了显微CT扫描，并利用扫描数据制作了一个按比例放大的3D打印原型模型，用以模拟观察到的泵送行为。这一泵送动作同样被拍摄下来并逐帧分析。结果显示，人工泵送模型呈现出与生物毒刺完全一致的泵送运动学特征。
未来的研究方向可能会更深入地考察瓣膜的材料特性，因为研究团队所用的人工聚合物瓣膜表明，极高的弹性是复现所需瓣膜形变的关键，同时瓣膜之间的低摩擦力也至关重要。此外，鉴于毒液泵送结构的尺寸极为微小，探究毛细作用是否在其中发挥作用也将颇具价值——毛细作用或许有助于将毒液吸入毒液通道，又或者毒液需要克服从组织中向上吸取液体的毛细作用力。
此前已有研究以蜜蜂毒刺结构为灵感，设计出微针、组织转运装置以及钻孔装置。论文作者相信，他们的这项研究最终也将在医疗和微流体领域找到类似的应用场景，例如人工泵的设计。
DOI: PNAS, 2026. 10.1073/pnas.2603916123（关于DOI）。
Q&A
Q1：蜜蜂蜇人后为什么毒刺会留在皮肤里还能继续注射毒液？
A：这是因为蜜蜂毒刺具有独特的双活塞泵送机制，即使蜜蜂飞走，毒刺上的瓣膜依然能够通过前后滑动、交替膨胀收缩，持续将毒液泵入受害者体内，这种现象被称为"自残"。
Q2：科学家是如何研究蜜蜂毒刺泵送毒液的机制的？
A：研究团队采集活体工蜂并取下毒刺，将其插入人工凝胶中，用高速摄像和显微镜记录泵送过程，再逐帧分析。他们还制作了3D打印的放大模型来验证观察结果，发现人工模型的运动方式与真实毒刺完全一致。
Q3：蜜蜂毒刺的研究未来能应用在哪些领域？
A：此前已有研究借鉴蜜蜂毒刺结构设计微针、组织转运装置和钻孔装置。研究人员认为，这项关于双活塞泵送机制的新发现未来有望应用于医疗和微流体领域，比如设计人工泵。
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