Жуки-бомбардиры — это жужелицы (Carabidae) из триб Brachinini, Paussini, Ozaenini или Metriini (всего более 500 видов ), которые наиболее примечательны защитным механизмом, давшим им название: если их потревожить, они выбрасывают из кончика брюшка горячую ядовитую химическую струю с хлопающим звуком.
Спрей образуется в результате реакции между двумя гиперголическими химическими соединениями, гидрохиноном и перекисью водорода , которые хранятся в двух резервуарах в брюшке жука . Когда водный раствор гидрохинонов и перекиси водорода достигает «вестибюля» ( слово Эйзнера), катализаторы способствуют разложению перекиси водорода и окислению гидрохинона. [1] Тепло от реакции доводит смесь до точки, близкой к точке кипения воды, и производит газ, который инициирует выброс. Наносимый ущерб может быть фатальным для атакующих насекомых. Некоторые жуки-бомбардиры могут направлять струю в широком диапазоне направлений.
Некоторые креационисты утверждают, что необычный защитный механизм жука не мог возникнуть в результате эволюции, хотя это опровергается эволюционными биологами. [2]
Жуки-бомбардиры обитают на всех континентах, кроме Антарктиды . [3] Обычно они обитают в лесах или на лугах в умеренных зонах, но могут встречаться и в других средах, если есть влажные места для откладывания яиц.
Большинство видов жуков-бомбардиров плотоядны , включая личинки. [4] Жук обычно охотится ночью на других насекомых, но часто собирается с другими представителями своего вида, когда не занят активным поиском пищи. [5]
Есть две большие железы, которые открываются на кончике брюшка. Каждая железа состоит из толстостенного преддверия, которое содержит смесь каталаз и пероксидаз, вырабатываемых секреторными клетками, выстилающими преддверие. Обе железы также состоят из тонкостенного и сжимаемого резервуара, который содержит водный раствор гидрохинонов и перекиси водорода. [1]
Когда жук чувствует угрозу, он открывает клапан, который позволяет водному раствору из резервуара достичь вестибюля. Каталазы, выстилающие стенку вестибюля, способствуют разложению перекиси водорода, как в следующей теоретической реакции:
Ферменты пероксидазы способствуют окислению гидрохинонов в хиноны (бензол-1,4-диола в 1,4-бензохинон и аналогично для метилгидрохинона), как в следующей теоретической реакции:
Известная чистая реакция, которая дополнительно учитывает теоретическую реакцию и продукты предыдущих реакций, выглядит следующим образом: [1]
Эта реакция очень экзотермична , и высвобождаемая энергия повышает температуру смеси почти до 100 °C, испаряя примерно пятую ее часть. Результирующее повышение давления заставляет входные клапаны камер хранения реагентов закрываться, тем самым защищая внутренние органы жука. Кипящая, дурно пахнущая жидкость резко выбрасывается через выпускной клапан с громким хлопающим звуком. Железы жуков хранят достаточно гидрохинона и перекиси водорода, чтобы позволить жуку выпустить свой химический спрей примерно 20 раз. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы убить хищника. [6] Основным компонентом спрея от жуков является 1,4-бензохинон, раздражитель для глаз и дыхательной системы позвоночных.
Поток реагентов в реакционную камеру и последующий выброс происходят серией из примерно 70 импульсов со скоростью около 500 импульсов в секунду. Вся последовательность событий занимает всего лишь долю секунды. Эти пульсации вызваны повторяющимися микровзрывами, которые являются результатом непрерывного давления на резервуар и колебательного открытия и закрытия клапана, который контролирует доступ к реакционной камере. Этот импульсный механизм полезен для выживания жуков, поскольку система использует давление вместо мышц для выброса спрея с постоянной скоростью, экономя энергию жука. Кроме того, повторное введение новых реагентов в вестибюль, где хранятся ферменты, снижает температуру камеры, тем самым защищая пероксидазы и каталазы от термической денатурации. [7]
Обычно жук поворачивает свое тело так, чтобы направить струю в сторону того, что вызвало реакцию. Отверстия желез некоторых африканских жуков-бомбардиров могут поворачиваться на 270° и проталкиваться между ногами насекомого, выбрасывая жидкость в широком диапазоне направлений со значительной точностью. [8]
Уникальное сочетание особенностей защитного механизма жука-бомбардира — сильные экзотермические реакции, кипящие жидкости и взрывное высвобождение — по утверждению креационистов, является примером того, что не могло возникнуть в ходе эволюции. [9]
Биологи, такие как таксономист Марк Айзек, однако, отмечают, что пошаговая эволюция механизма могла бы легко произойти. [2] [10] Полная эволюционная история уникального защитного механизма жука неизвестна, но биологи показали, что система могла эволюционировать из защит, обнаруженных у других жуков, в постепенных шагах путем естественного отбора . [11] [12] В частности, хинонные химикаты являются предшественниками склеротина , коричневатого вещества, вырабатываемого жуками и другими насекомыми для укрепления своего экзоскелета . [13] Некоторые жуки дополнительно хранят избыток дурно пахнущих хинонов, включая гидрохинон, в небольших мешочках под кожей в качестве естественного отпугивателя хищников — все жужелицы имеют такое расположение. Некоторые жуки дополнительно смешивают перекись водорода, распространенный побочный продукт метаболизма клеток, с гидрохиноном; Некоторые каталазы, которые существуют в большинстве клеток, делают процесс более эффективным. Химическая реакция производит тепло и давление, и некоторые жуки используют последнее, чтобы выталкивать химикаты на кожу; это случай жука Metrius contractus , который производит пенистый выброс при атаке. [14] У жука-бомбардира мышцы, которые предотвращают утечку из резервуара, дополнительно развили клапан, позволяющий более контролируемый выброс яда, и удлиненное брюшко, позволяющее лучше контролировать направление выброса. [11] [12]
Это видео специально посвящено разоблачению так называемой «неприводимой сложности» любимых примеров, используемых креационистами: глаза, жука-бомбардира, венерины мухоловки и бактериальных жгутиков.
