Жуки-огнеметы: откуда в их теле берется кипяток?

Жуки-бомбардиры — это собирательный образ насекомых из подсемейства жужелиц, которые получили свое «тактическое» название благодаря уникальному защитному механизму. В момент опасности они способны поражать врага саморазогревающейся токсичной жидкостью с температурой 100 . Один такой выстрел может длиться от 8 до 17 миллисекунд, а его скорость достигает 10 метров в секунду.

Откуда в теле насекомого берется кипяток?

В основе защитной жидкости лежит гидрохинон — вещество, которое сегодня успешно применяется для проявления фотографий, а также используется в роли антиоксиданта в химической промышленности. Можно сказать, что жуки-бомбардиры — это настоящие пиротехники, в тельце которых спрятана целая химическая лаборатория.

Все дело в том, что в брюшке жука-огнемета есть особые парные железы. Они то и вырабатывают в теле насекомого такие вещества, как гидрохинон и перекись водорода. Каждая железа по специальным каналам соединена с собственным резервуаром, а также с общей камерой, в которой находится два фермента: пероксидаза и каталаза.

Как только жук чувствует опасность, стенки его брюшка сжимаются, выталкивая смесь гидрохинона и перекиси водорода в общую камеру, где под действием ферментов происходит бурная экзотермическая реакция с выделением атомарного кислорода и последующим закипанием жидкости. Кислород увеличивает объем вещества и оно выбрасывается наружу через отверстия на кончике брюшка.

Брюшко жука-бомбардира довольно подвижно, что позволяет ему вести прицельную «стрельбу» в любых направлениях. Например, если враг атакует спереди или внезапно взобрался на спину. При чем выброс жидкости происходит не одной струей, а порциями по 4−8 «выстрелов», подобно пулемету.

Почему жук не варится изнутри?

Общая химия и механика процесса выстрелов жуков-бомбардиров уже в достаточной степени были изучены. Но главный вопрос, который не давал покоя ученым со всего мира, это как при таких «баллистических» характеристиках жуков им самим удается оставаться невредимыми? Например, почему в момент выстрела их не разрывает изнутри из-за давления, а кипящая жидкость не обжигает тело самого жука?

Ответ удалось получить в исследовании, проведенном учеными в 2015 году с помощью высокоскоростной рентгеновской камеры.

Оказалось, что механизму импульсной стрельбы жук-бомбардир обязан тандему из специального клапана и эластичной мембраны внутри своего брюшка. Реагенты свободно проникают в реакционную камеру, но по мере роста давления внутри нее, мембрана растягивается и механически перекрывает клапан, и таким образом происходит прерывистый выстрел. Это защищает реакционную камеру от повреждений и дает ей время на охлаждение.

Кроме того, выяснилось, что изнутри реакционную камеру выстилает такой же слой хитина, из которого состоит внешняя бронированная оболочка насекомого. Причем внутренний хитин даже крепче внешнего, так как состоит из нескольких слоев, которые наложены друг на друга крест накрест.

Ученые полагают, что в будущем такая механика «стрельбы» жуков-бомбардиров может пригодиться при создании бионических прототипов тактических импульсных систем, а также при проектировании реактивных двигателей.