Štítonoši Cassida rubiginosa ukazují technologům, jak na to. Kredit: Dr. Yoko Matsumura

Objektem zájmu tria vědců se stalo malé zelené stvoření náležející k čeledi mandelinkovití, kam entomologové štítonoše zařadili. Jejich samečci jsou zajímaví tím, že jejich pyj je delší než tělo. Další z podivností je, že jejich orgán je tenký jen asi  5 mikrometrů a ještě k tomu je na konci zahnutý. Přesto si s ním, co se průniku týče, brouk u svých partnerek vede velice dobře. A to vše navzdory tomu, že mu to partnerka nikterak neusnadňuje. Pohlavní trakt „štítonošek“ se totiž ze všeho nejvíc, podobá svinuté zahradní hadici.

Ve stavu klidu (vpravo dole) je penis brouků štítonošů poměrně „zašmodrchaný“. Vlevo dole je nákres jeho průniku trubkovitou a do spirály stočenou, „sladkou komůrkou samičky". Kredit: Matsumura a kol, Sci. Adv . 2017; 3: eaao5469

Ženě Yoko Matsumura a dvěma mužům Alexandru Kovalevovi a Stanislavu Gorbovi se  podařilo zjistit, že tajemstvím úspěchu v překonání samičích kroucenin, spočívá ve schopnostech broučího žaludu. Ten se tomu našemu ani trochu nepodobá. Jeho taje odhalily až mikrofotografie. Je to ohnutý špičatý konec na hodně dlouhé „násadě“.

Pitvání brouků pod mikroskopem odhalilo, že špička samčí výbavy připomíná tvarem rybářský háček. Tak trochu kopíruje tvarem začátek ústrojí protějšku. To ale nevysvětluje úspěšnost předlouhé „tkaničky“, která je mimo pohotovost, v samečkově zadečku uskladněna ve stavu, který těžko nazvat jinak, než zašmodrchanost.

Stanislav Gorb, Yoko Matsumura and Alexander Kovalev (z leva do prava). Ústav zoologie, Kiel University. Foto: Raissa Nickel, KU.

Proč se ale něco tak jemného po vysunutí „nevzpříčí“ v dalších mnoha ohybech samičích záludností? Jak se ukázalo, tak fígl spočívá v kombinaci tuhosti a pružnosti broučí pýchy. Vědci hovoří o gradientu tuhosti. Zatímco základna nádobíčka oplývá vysokou pevností, směrem ke konci je pyj poddajnější a poddajnější, aby posléze končil oddílem s vlastnostmi měkké pryže. Zajímavé dílko přírody je šupinovitá struktura s tvarem, který je válcovitý a kuželovitý. Řezy ukázaly, že ani stěna není všude stejně mocná.

Snímek z konfokálního laserového skenovacího mikroskopu. Každá ze čtyř laserových vlnových délek přivodila fluorescenci ve strukturálně jiné tkáni. Klasický optický mikroskop tak jemné rozdíly není schopen zaznamenat. Jednotlivým laserovým vlnovým délkám 420 až 480, ≥490, ≥560 a ≥640 nm byly dodatečně přiřazeny nepřirozené umělé barvy modrá, zelená, červená . Výsledným složením všech snímků vznikl obraz ukazující rozložení sklerotizovaných tuhých a měkkých oblastí. Kredit: Matsumura et al., Kiel University.

Aby výzkumníci zjistili, jaký má taková skladba smysl, přistoupili na mechanické měření ohybové tuhosti. Vyšlo najevo, že ta s délkou penisu postupně klesá, nikoli však rovnoměrně. Křivka připomíná sjezdovku. Začíná spoře, aby pak došlo k prudkému sešupu následovaném opět mírný dojezdem poklesu ohybové tuhosti. Laserová mikroskopie využívající samovolné fluorescence tkání zase odhalila, že v ohnutém hrotu je více sklerotických buněk na vnější straně zakřivení, což ji dělá tvrdší. Pravým opakem je protější strana (vnitřní část zákruty).

Samičky bezobratlých živočichů se často vyznačují tím, že část pohlavního ústrojí vytváří takzvanou spermatéku. Ta slouží k přijetí a uchování spermií. „Štítonošky“ ji mají obzvlášť dlouhou a kroucenou. Vchod je vlevo, vlastní vagína vpravo. Snímek pořídila laserovým skenovacím mikroskopem Dr. Yoko Matsumura. Kredit: CAU Kiel University.

Zdánlivě jednoduchá záležitost broučího sexu je ve skutečnosti mechanicky komplikovaná vymyšlenost. Evoluci, pracující humpoláckou metodou pokus-omyl, muselo zabrat hodně času, než přišla na tak krkolomné, ale po technické stránce naprosto geniální řešení. Hmyz na to měl nepředstavitelných, možná i více než 250 milionů let. V průběhu času se z něj v tomto směru stal ve využívání tenkých ohebných struktur k pronikání záludnostmi tuhých tkání, přeborník. Ať už jde o sací ústrojí, kladélka, či penisy, jejich lepší poznání by nám nyní mělo být k užitku při vylepšování lékařských přístrojů. Takových, které budou co nejméně poškozovat okolní tkáně.

Penis štítonoše. Při základně (b) je pevný. Na špičce (c) měkčí a ohebnější a na průžezu nepravidelný. Takové řešení katetrů by vykazovalo mnohem lepší vlastnosti, než nynější kruhové „hadičky“ vyrobené z jednoho materiálu. Kredit: Dr. Yoko Matsumura, CAU Kiel University.

Nynější poznatky stavby štítonošího penisu chtějí výzkumníci zúročit v miniaturizaci katétrů, endoskopických nástrojů. První na řadě by měly být katetry pro urology a to nejen k cévkování močového měchýře, ale i k zákrokům v ledvinné pánvičce,… Další na řadě mají být ty pro pneumology a později má dojít i na vybavení pro neurology.

Nejen, že by se lékařům s nimi mělo lépe pracovat, ale tenčími, delšími a ovladatelnějšími nástroji by se měli dostat i tam, kam to dosud nešlo. Pacientům prý navíc omezí traumatizující zážitky.

Doufejme, že výzkumníkům také brzo dojde, že traumatické chvilky dovede přivodit selhání i mnohem kratších struktur.

Literatura

Yoko Matsumura et al. Penetration mechanics of a beetle intromittent organ with bending stiffness gradient and a soft tip, Science Advances (2017). DOI: 10.1126/sciadv.aao5469