抜けたミツバチの針が毒を送り続ける仕組み すれ違う「二重ピストン」だった

文・パクト

ミツバチに刺されると、皮膚に小さな針だけが残っていることがあります。働きバチは針を刺したあと、それを残して飛び去るからです。残された針は自分の力で組織の奥へ進み、毒を入れ続けます。

長さ2ミリほどのこの針が、2本の弁を互い違いに動かす二重ピストンのポンプとして働いていることを、オーストラリアのチームが高速度カメラの映像で示しました。発表文は、このことを初めて明らかにした研究だと伝えています。

研究したのは、オーストラリアのマッコーリー大学とニューサウスウェールズ大学の研究者です。論文は2026年10月12日付で、学術誌『米国科学アカデミー紀要(PNAS)』に載りました。

抜けた針は、なぜ毒を送り続けられるのか

針で刺す動物の多くは、毒をためた袋のまわりの筋肉を縮めて毒を押し出します。論文は冒頭で、ミツバチはこれとはまったく違うやり方をとっていると書いています。

以前から知られていたように、働きバチの針は体から切り離されても単独で刺し続けられます。これはミツバチの針ならではの能力です。体の一部を残して身を守ることを、自切といいます。

針のつくりも、これまで長く調べられてきました。1910年には、アメリカの昆虫学者ロバート・スノッドグラスが『ミツバチの解剖学』という本で、針を詳しく描いています。

毒の袋が、弁という小さな部品のある部屋につながっていることも、1910年には分かっていました。それでも弁がどう動くのかは分かっていなかったと、筆頭著者のフィオレラ・ラミレス=エスキベル博士は振り返っています。

論文によると、体のつくりは100年以上前から記述されてきたものの、これまで毒を送り出す仕組みは未解決でした。動いているところを観察するのが難しかったためです。

研究に加わっていないテキサスA&M大学のジュリアナ・ランジェル教授は、カナダのCBCニュースの取材に答えています。針が離れたあと、どうしてあれほど長く毒が送られ続けるのか、本当に分かっていなかったというのです。

透明なゲルに刺させ、1秒に数百コマで撮る

実験には、生きたセイヨウミツバチを使いました。発表文によると、チームはハチに、人の皮膚に似せた透明なゲルを刺させています。針がひとりでに毒を送る様子を撮影できたのは、これが初めてだと発表文は書いています。

刺す動きは、まばたきするほどの一瞬で終わります。そこでチームは、1秒に数百コマを撮れるカメラを使いました。毒の袋と針は半透明なので、強い光を当てると、中の部品の輪郭が浮かび上がります。

作業は時間との勝負でした。体から離れた針が活発に動くのは、約2分ほどだからです。博士はCBCニュースに、ハチから取った針を人工の皮膚に刺すとき、正確に合わせなければならない場所は約4ミリしかないと話しています。

実験に使ったハチは、針を取ったあとすぐに処分されました。チームは映像に加えて、マイクロCTで撮った画像から針の中を3次元で組み立て直し、部品の形と動きを調べています。

1秒100コマの映像では、長い針と大きな毒の袋の間にある部屋に、2つの部品がはっきり見えます。これが今回の主役の弁です。動いているところを実際に撮れたのは新しいことで、今のカメラだからこそできたと、博士は話しています。

弁は押すときに開き、引くときにしぼむ

ミツバチの針には毒の袋や送り出しの部屋のほか、筋肉や神経もそろっています。その中で働くのが、2本の細くとがった刃(ランセット)です。

2本の刃は、オリステターと呼ばれるレールの上を前後にすべります。往復するのこぎりのような動きで、針を皮膚の奥へ進めながら、毒も送り出しています。

それぞれの刃には弁が付いていて、ふくらんだ形の部屋(バルブ室)の中に収まっています。2本の刃は、片方が下がるときにもう片方が上がる、互い違いの動きをしていました。

高速度の映像で見ると、弁は刃が押し下げられるときに、パラシュートのようにふくらみます。ふくらんだ弁はピストンになって、部屋の毒に下向きの圧力をかけます。刃が引き上げられるときは、弁はしぼみます。

しぼむことには、どんな意味があるのでしょうか。論文の抄録は、毒を部屋にためる間の逆流を小さくしている可能性があると書いています。発表文はこの点を言い切っていますが、論文はもう少し控えめな言い方です。

部屋の形にも理由がありました。バルブ室は涙のしずくを逆さにしたような形で、毒を送り出している最中でも、毒が補充されやすくなっています。

すれ違う2つのピストンが、流れを止めない

博士がおそらくいちばん劇的だと話すのは、2つの弁が動きの途中ですれ違う場面です。弁はそこでもう一度形を変え、互いの横をすり抜けていきます。

ピストンが圧力をきちんと伝えるには、すき間をふさぎ続けることが欠かせません。博士はこの点から、「液体を送るための見事なやり方だ」と述べています。

博士は、注射器と比べても説明しています。注射器の押し棒は、1回押したらそれで終わりです。針の中には押し棒が実質2本あるので、止まったり動いたりせずに、途切れなく流せるというわけです。

ただ、2本のピストンは交互に押すだけでは済みません。向きを変えるときにはしぼんで、液体が弁のまわりを流れられるようにする必要があると、博士は話しています。

こうして2つの弁は、2つの仕事を同時にこなしています。かえしのある針を奥へ進めることと、袋の毒を途切れずに送りこむことです。

論文は、二重のピストンにするとつくりはかなり複雑になると認めています。それでも小さく自分だけで動く装置のまま、毒を途切れずに送れるようになる、というのが論文の見方です。

大きな模型で確かめたことと、まだ分からないこと

動いている本物の針を観察するのは、簡単ではありません。そこでチームは、マイクロCTの画像をもとに、バルブ室と刃を大きくした動く模型を3Dプリンターで作りました。発表文は、これを小さなロボットとも呼んでいます。

模型は、流れのふるまいが本物と見合うように、力学的に縮尺を合わせて作られています。この模型で、ポンプの周期の主な特徴が確かめられました。

一方で、弁がなぜあのように形を変えるのかについては、論文は仕組みを「提案」する段階にとどめています。逆流を小さくする働きも、先に見たとおり、まだ控えめな言い方です。

撮影した針は、人の皮膚に似せたゲルや人工の皮膚に刺したものでした。またCBCニュースは、論文には針のけいれんや小さな動きが最長15分続くことがあると書かれている、と伝えています。この数字は論文の抄録と発表文には無く、私たちは論文の全文で確かめられていません。

ほかのハチとの違いと、小さなポンプへのヒント

体の一部を残して身を守るやり方は、すべてのハチがとるわけではありません。ランジェル教授はCBCニュースに、刺すほかのハチのほとんどは、針を刺さったままにする「かえし」をもたないと説明しています。そうしたハチは、子を残すために生き延びる必要があるからです。これに対してミツバチの働きバチ(メス)は、自分では子を産みません。

ランジェル教授は、針のつくりとその進化を一種の保険のようなものだと話しています。硬い皮膚や毛皮にはいつも効くわけではないものの、かえしと奥へ進み続ける仕組みは、敵を追い払える見込みを高めるだろうとみています。

2023年には、同じラミレス=エスキベル博士らが、学術誌『iScience』に働きバチの針の研究を発表しています。この以前の研究は、高速度撮影や電子顕微鏡写真、マイクロCTを組み合わせ、バルブ室の中の弁の形と位置を明らかにしていました。

針が残ったまま毒を送り続けることは、刺された側にも関係します。1996年に学術誌『ランセット』に載った別の研究では、刺されてから針を取るまでの時間が長いほど、皮膚のふくらみが大きくなりました。差は、数秒の違いでも出ていました。この研究では、刺されて2秒後に取った場合は、こそげ取ってもつまんで取っても反応に差はありませんでした。

今回の論文の著者らは、ハチの針で見つけた設計の考え方が体への負担が小さい医療や、ごく少ない液体を扱う技術で使う人工の小さなポンプのヒントになりうるとしています。論文は、生き物の体の中に軸方向のピストンポンプがあることの証拠を示した、とも位置づけています。

1910年の時点で、弁のある部屋のことはもう知られていました。足りなかったのは部品の知識よりも、体から離れて約2分しか活発に動かない針の一瞬を、映像でとらえる手だてだったのかもしれません。