Жук-бомбардир

Жук-бомбардир
	брахинусов Виды
Научная классификация
Домен:	Эукариоты
Королевство:	животное
Тип:	Членистоногие
Сорт:	Насекомое
Заказ:	Жесткокрылые
Суперсемейство:	Карабоидея
Семья:	Жужелицы
Группы включены
	Брачинини ; Пауссини ; Озаэнини ; Метрин ;

Жуки-бомбардиры — это жужелицы (Carabidae) из триб Brachinini, Paussini, Ozaenini или Metriini (всего более 500 видов ), которые наиболее примечательны защитным механизмом, который дал им такое название: если их потревожить, они выбрасывают горячие ядовитые химические брызги. из кончика живота с хлопающим звуком.

Спрей получается в результате реакции между двумя гиперголическими химическими соединениями, гидрохиноном и перекисью водорода жука , которые хранятся в двух резервуарах в брюшке . Когда водный раствор гидрохинонов и перекиси водорода достигает « вестибюля » ( катализаторы слово Эйснера), способствуют разложению перекиси водорода и окислению гидрохинона. ^{[ 1 ]} Тепло от реакции доводит смесь до температуры, близкой к температуре кипения воды, и выделяет газ, который вызывает выброс. Нанесенный ущерб может оказаться смертельным для нападающих насекомых. Некоторые жуки-бомбардиры могут направлять струю струи в самых разных направлениях.

утверждают, что необычный защитный механизм жука Некоторые креационисты является примером того, что они называют неуменьшаемой сложностью . ^{[ 2 ]} хотя это опровергается биологами-эволюционистами. ^{[ 3 ]}

среда обитания

Жуки-бомбардиры обитают на всех континентах, кроме Антарктиды . ^{[ 4 ]} Обычно они живут в лесах или на лугах в зонах умеренного климата, но их можно встретить и в других местах, если есть влажные места для откладывания яиц.

Поведение

Большинство видов жуков-бомбардиров плотоядны , включая личинку. ^{[ 5 ]} Жук обычно охотится ночью на других насекомых, но часто собирается вместе с другими представителями своего вида, когда не занимается активным поиском пищи. ^{[ 6 ]}

Анатомия

На кончике брюшка открываются две большие железы. Каждая железа состоит из толстостенного преддверия, содержащего смесь каталаз и пероксидаз, вырабатываемых секреторными клетками, выстилающими преддверие. Обе железы также состоят из тонкостенного сжимаемого резервуара, содержащего водный раствор гидрохинонов и перекиси водорода. ^{[ 1 ]}

Механизм защиты

Когда жук чувствует угрозу, он открывает клапан, позволяющий водному раствору из резервуара попасть в преддверие. Каталазы, выстилающие стенку преддверия, способствуют разложению перекиси водорода, как в следующей теоретической реакции:

{\ce {H2O2(aq) -> H2O(l) + 1/2O2(g)}}

пероксидазы Ферменты облегчают окисление гидрохинонов в хиноны (бензол-1,4-диол в 1,4-бензохинон и аналогично метилгидрохинон), как в следующей теоретической реакции:

{\ce {C6H4(OH)2(aq) -> C6H4O2(aq) + H2(g)}}

Известная суммарная реакция, которая дополнительно объясняет теоретическую реакцию ${\ce {H2(g)}}$ и ${\ce {1/2O2(g)}}$ продукты предыдущих реакций: ^{[ 1 ]}

{\ce {C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq) -> C6H4O2(aq) + 2H2O(l)}}

Эта реакция очень экзотермична , и высвободившаяся энергия повышает температуру смеси почти до 100 °C, в результате чего примерно пятая ее часть испаряется. Возникающее в результате повышение давления заставляет входные клапаны камер хранения реагентов закрываться, тем самым защищая внутренние органы жука. Кипящая жидкость с неприятным запахом с силой выбрасывается через выпускной клапан с громким хлопком. Железы жуков хранят достаточное количество гидрохинона и перекиси водорода, чтобы позволить жуку выпустить химический спрей примерно 20 раз. В некоторых случаях этого достаточно, чтобы убить хищника. ^{[ 7 ]} Основным компонентом спрея от жуков является 1,4-бензохинон, раздражитель глаз и дыхательной системы позвоночных животных.

Поток реагентов в реакционную камеру и последующий выброс происходят серией примерно из 70 импульсов со скоростью около 500 импульсов в секунду. Вся последовательность событий занимает лишь доли секунды. Эти пульсации вызваны повторяющимися микровзрывами, которые являются результатом постоянного давления на резервуар и колебательного открытия и закрытия клапана, контролирующего доступ в реакционную камеру. Этот импульсный механизм полезен для выживания жуков, поскольку система использует давление вместо мышц для выброса струи с постоянной скоростью, экономя энергию жука. Кроме того, повторное введение новых реагентов в преддверие, где хранятся ферменты, снижает температуру камеры, тем самым защищая пероксидазы и каталазы от термической денатурации. ^{[ 8 ]}

Обычно жук поворачивает свое тело так, чтобы направить струю на то, что вызвало реакцию. Отверстия желез некоторых африканских жуков-бомбардиров могут поворачиваться на 270 ° и проникать между ногами насекомого, выпуская жидкость в широком диапазоне направлений со значительной точностью. ^{[ 9 ]}

Эволюция защитного механизма

Уникальное сочетание особенностей защитного механизма жука-бомбардира — сильно экзотермических реакций, кипящих жидкостей и взрывного выброса — было заявлено креационистами как пример того, что не могло возникнуть в процессе эволюции. ^{[ 10 ]}

Однако биологи, такие как систематик Марк Исаак, отмечают, что поэтапная эволюция механизма могла легко произойти. ^{[ 3 ]}^{[ 11 ]} Полная эволюционная история уникального защитного механизма жука неизвестна, но биологи показали, что эта система могла развиться из защитных механизмов, обнаруженных у других жуков, поэтапно, путем естественного отбора . ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} В частности, хиноновые химические вещества являются предшественниками склеротина , коричневатого вещества , вырабатываемого жуками и другими насекомыми для укрепления их экзоскелета . ^{[ 14 ]} Некоторые жуки дополнительно хранят избыток дурно пахнущих хинонов, в том числе гидрохинона, в небольших мешочках под кожей в качестве естественного средства отпугивания хищников — у всех жужелиц такое устройство. Некоторые жуки дополнительно смешивают перекись водорода, обычный побочный продукт метаболизма клеток, с гидрохиноном; некоторые каталазы, существующие в большинстве клеток, делают этот процесс более эффективным. Химическая реакция производит тепло и давление, и некоторые жуки используют последнее, чтобы выталкивать химические вещества на кожу; так обстоит дело с жуком Metrius Contractus , который при нападении выделяет пенистые выделения. ^{[ 15 ]} У жука-бомбардира мышцы, предотвращающие утечку яда из резервуара, дополнительно развили клапан, позволяющий более контролируемо выбрасывать яд, и удлиненное брюшко, позволяющее лучше контролировать направление выброса. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

См. также

Муравьиный жук-гнездо

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Анешансли, диджей; Эйснер, Т.; Видон, Дж. М.; Видон, Б. (1969). «Биохимия при 100 ° C: взрывной секреторный выброс жуков-бомбардиров (Brachinus)». Наука . 165 (3888): 61–63. дои : 10.1126/science.165.3888.61 . ПМИД 17840686 . S2CID 96158109 .
^ Стэнли А. Райс (2007). Энциклопедия эволюции . Издательство информационной базы. п. 214. ИСБН 978-0-8160-5515-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Исаак, Марк (30 мая 2003 г.) [1997]. «Жуки-бомбардиры и аргумент дизайна» . ОбсуждениеOrigins . Проверено 3 августа 2018 г.
^ «Узнайте, как жук выживает, будучи съеденным» . Национальные географические новости . 06.02.2018. Архивировано из оригинала 8 августа 2020 года . Проверено 17 сентября 2020 г.
^ «Жук-бомбардир» . Факты и фотографии о животных . Далласское зоологическое общество. 2004. Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г. Проверено 17 июля 2010 г.
^ Поеткер, Э. (2003). «Брахинус фуманс» . Сеть разнообразия животных .
^ Эйснер и Анешансли, 1999 г.
^ Дин, Дж.; Анешансли, диджей; Эдгертон, HE; Эйснер, Т. (1990). «Защитный спрей от жука-бомбардира: биологическая импульсная струя». Наука . 248 (4960): 1219–21. Бибкод : 1990Sci...248.1219D . дои : 10.1126/science.2349480 . ПМИД 2349480 .
^ Пайпер, Росс (2007). Необыкновенные животные: Энциклопедия любопытных и необычных животных . Гринвуд Пресс . ISBN 978-0-313-33922-6 .
^ Докинз, Ричард (1986). Слепой часовщик .
^ Неуменьшаемая сложность уменьшена до размера на YouTube - GrrlScientist (17 января 2011 г.). «Непреодолимая сложность, уменьшенная до размера» . Хранитель . Это видео специально посвящено разоблачению так называемой «неуменьшаемой сложности» любимых примеров, используемых креационистами; глаз, жук-бомбардир, венерина мухоловка и бактериальные жгутики.
^ Перейти обратно: ^а ^б Вебер К.Г. (зима 1981 г.). «Миф о жуке-бомбардире развеялся» . Создание/Эволюция . 2 (1). Национальный центр научного образования : 1–5.
^ Перейти обратно: ^а ^б Исаак, Марк (30 мая 2003 г.). «Жуки-бомбардиры и аргумент дизайна» . Архив TalkOrigins .
^ Брюне, PCJ; Кент, PW (1955). «Механизм образования склеротина: участие бета-глюкозида». Природа . 175 (4462): 819–820. Бибкод : 1955Natur.175..819B . дои : 10.1038/175819a0 . ПМИД 14370229 . S2CID 4206540 .
^ Эйснер, Т.; Анешансли, диджей; Эйснер, М.; Аттигалле, AB; Олсоп, Д.В.; Мейнвальд, Дж. (2000). «Распылительный механизм самого примитивного жука-бомбардира ( Metrius Contractus )» . Журнал экспериментальной биологии . 203 (8): 1265–75. дои : 10.1242/jeb.203.8.1265 . ПМИД 10729276 .

Внешние ссылки

Эйснер, Т.; Анешансли, диджей (август 1999 г.). «Нацеливание пульверизатора на жука-бомбардира: фотографические доказательства» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 96 (17): 9705–9. Бибкод : 1999PNAS...96.9705E . дои : 10.1073/pnas.96.17.9705 . ПМК 22274 . ПМИД 10449758 .
Род Brachinus - BugGuide.net
Хессельберг Т. (6 ноября 2007 г.). «Взрывающиеся жуки предполагают наличие нового предохранительного клапана и системы слива жидкости» . Жизнь науки.
«Заявление CB310: эволюция жука-бомбардира» . Архив TalkOrigins .
Исаак, Марк (30 мая 2003 г.). «Жуки-бомбардиры и аргумент дизайна» . Архив TalkOrigins .
Би-би-си (1999). « Жук-бычок ( Stenaptinus insignis )» . Би-би-си Новости : 3 фотографии, 1 микрофотография, 1 ч/б иллюстрация.

[Anesh-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Анешансли, диджей; Эйснер, Т.; Видон, Дж. М.; Видон, Б. (1969). «Биохимия при 100 ° C: взрывной секреторный выброс жуков-бомбардиров (Brachinus)». Наука . 165 (3888): 61–63. дои : 10.1126/science.165.3888.61 . ПМИД 17840686 . S2CID 96158109 .

[2] Стэнли А. Райс (2007). Энциклопедия эволюции . Издательство информационной базы. п. 214. ИСБН 978-0-8160-5515-9 .

[Isaak2003-3] Перейти обратно: ^а ^б Исаак, Марк (30 мая 2003 г.) [1997]. «Жуки-бомбардиры и аргумент дизайна» . ОбсуждениеOrigins . Проверено 3 августа 2018 г.

[4] «Узнайте, как жук выживает, будучи съеденным» . Национальные географические новости . 06.02.2018. Архивировано из оригинала 8 августа 2020 года . Проверено 17 сентября 2020 г.

[5] «Жук-бомбардир» . Факты и фотографии о животных . Далласское зоологическое общество. 2004. Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г. Проверено 17 июля 2010 г.

[6] Поеткер, Э. (2003). «Брахинус фуманс» . Сеть разнообразия животных .

[7] Эйснер и Анешансли, 1999 г.

[8] Дин, Дж.; Анешансли, диджей; Эдгертон, HE; Эйснер, Т. (1990). «Защитный спрей от жука-бомбардира: биологическая импульсная струя». Наука . 248 (4960): 1219–21. Бибкод : 1990Sci...248.1219D . дои : 10.1126/science.2349480 . ПМИД 2349480 .

[9] Пайпер, Росс (2007). Необыкновенные животные: Энциклопедия любопытных и необычных животных . Гринвуд Пресс . ISBN 978-0-313-33922-6 .

[10] Докинз, Ричард (1986). Слепой часовщик .

[Guardian2011-11] Неуменьшаемая сложность уменьшена до размера на YouTube - GrrlScientist (17 января 2011 г.). «Непреодолимая сложность, уменьшенная до размера» . Хранитель . Это видео специально посвящено разоблачению так называемой «неуменьшаемой сложности» любимых примеров, используемых креационистами; глаз, жук-бомбардир, венерина мухоловка и бактериальные жгутики.

[ncse-12] Перейти обратно: ^а ^б Вебер К.Г. (зима 1981 г.). «Миф о жуке-бомбардире развеялся» . Создание/Эволюция . 2 (1). Национальный центр научного образования : 1–5.

[to-13] Перейти обратно: ^а ^б Исаак, Марк (30 мая 2003 г.). «Жуки-бомбардиры и аргумент дизайна» . Архив TalkOrigins .

[14] Брюне, PCJ; Кент, PW (1955). «Механизм образования склеротина: участие бета-глюкозида». Природа . 175 (4462): 819–820. Бибкод : 1955Natur.175..819B . дои : 10.1038/175819a0 . ПМИД 14370229 . S2CID 4206540 .

[15] Эйснер, Т.; Анешансли, диджей; Эйснер, М.; Аттигалле, AB; Олсоп, Д.В.; Мейнвальд, Дж. (2000). «Распылительный механизм самого примитивного жука-бомбардира ( Metrius Contractus )» . Журнал экспериментальной биологии . 203 (8): 1265–75. дои : 10.1242/jeb.203.8.1265 . ПМИД 10729276 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]