Китайські хіміки вивчили будову язичка медоносної бджоли і з'ясували, що на його поверхні знаходиться гідрофобне волосся. Вони відгинаються від язичка в момент захоплення рідини і таким чином дозволяють йому бути гнучким. За рахунок цього бджола може збирати воду з вигнутих поверхонь, пишуть вчені в журналі ACS.
Поверхні органів, які відповідають за захоплення рідин, як правило, гідрофільні. Наприклад, частини ротових апаратів метеликів і мух, які контактують з рідиною в процесі пиття, легко змочуються водою. З іншого боку, зустрічаються і гідрофобні поверхні, наприклад, кінцівки водомірок. Вони не змочуються водою, і тому водомірки вміють переміщатися прямо по водяній поверхні.
Властивості поверхні язичка медоносної бджоли раніше не були вивчені. Але було відомо, що медоносні бджоли вміють захоплювати рідину з дуже різних середовищ. Наприклад, вони харчуються нектаром з вінчиків квітів і п'ють воду з поверхні ґрунту, щоб отримувати необхідні мінеральні речовини. Тому хіміки під керівництвом У Чжигана (Wu Zhigang) з Університету Сунь Ятсеня вирішили вивчити, які властивості поверхні язичка дозволяють бджолам ефективно захоплювати воду.
Спочатку хіміки вивчили будову язичка. Вони з'ясували, що його довжина становить близько трьох міліметрів, а поверхня складається з сегментів синього кольору. Простір між сегментами зайнято групами по 16-20 жорстких волосин довжиною в 170 мікрометрів.
Хіміки очікували, що поверхня язичка буде гідрофільною, щоб бджола могла без проблем пити. Вони виміряли для волосин і поверхні язичка крайовий кут змочування. Якщо крайовий кут більше 90 градусів, то рідина утворює на поверхні практично шароподібні краплі, і поверхню називають гідрофобною. Якщо ж кут менше 90 градусів, то рідина змочує поверхню. Для поверхні язичка кут становив 57 градусів, а для волосин - 147 градусів. Так вчені з'ясували, що поверхня язичка гідрофільна, але жорстке волосся, яке щільно покриває язичок, гідрофобне.
Щоб зрозуміти, як бджола захоплює воду, вчені вирішили дослідити поверхню волосин за допомогою скануючої електронної мікроскопії. Вони з'ясували, що волосини вкриті тонкою плівкою слини. На думку авторів, вона підвищує змочуваність язичка, і дозволяє рідині затримуватися на волосинах, а потім проникати до гідрофільної поверхні.
Далі хіміки вирішили дослідити, як покритий жорстким волоссям язичок може згинатися. Вони помітили, що коли бджола п'є, волосини відгинаються від поверхні язичка і стають перпендикулярно йому. Причому площа поверхні зіткнення з язичком збільшується в п'ять разів, коли волосини змінюють своє положення. Вчені припустили, що саме гідрофобність допомагає волоскам легко відокремлюватися від гідрофільного язичка. Це припущення вони підтвердили експериментами з вимірювання адгезії.
Потім хіміки змоделювали деформацію язичка двома способами. У першому випадку в момент деформації жорстке волосся відгиналося від упругого язичка, а в другому - залишалося біля його поверхні. В результаті розрахунку методом кінцевих елементів вчені з'ясували, що максимальне зміщення кінчика язичка для першого випадку становить 216 мікрометрів, а для другого - всього три мікрометри. При цьому якщо розраховувати ті ж параметри за умови, що і язичок, і волосини однаково жорсткі, максимальне зміщення становить тільки один мікрометр. Тобто за гнучкість відповідає саме поверхня язичка, але через свою гідрофобність волосини легко відокремлюються від неї і не заважають деформації.
У результаті хіміки з'ясували, що волосини на язичці медоносної бджоли гідрофобні, і це дозволяє їм легко відгинатися від поверхні язичка в момент пиття. Через це жорсткість волосин не заважає язичку деформуватися, щоб захоплювати воду з вигнутих поверхонь.
Проводити вимірювання крайових кутів змочування не так просто. Раніше ми розповідали, що при правильній техніці такий експеримент може займати цілих дві години.