Geekly articles weekly

الفيزياء في عالم الحيوان: خنفساء بومباردييه و "سلاحها"


أنواع خنفساء بومباردييه Brachinus crepitans (الصورة: beatlename.ru)

يتم تمثيل خنافس بومباردييه من قبل فصائل Brachininae و Paussinae (عائلة خنفساء الأرض). تم العثور على الهدافين في كل مكان ، فهي ليست هناك باستثناء القارة القطبية الجنوبية. أكثر شهرة هي فصيلة Brachininae. لقد درس العلماء ممثليها بشكل أفضل.

يختلف حجم أخطاء هذه الفصيلة الفرعية تمامًا. يبلغ الحد الأقصى لحجم خنفساء بومباردييه 3 سم ، وعادة ما تبدو ، لا توجد إيليترا مشرقة ، ولا لسعات كبيرة بشكل خاص. ولكن هناك شيء آخر - القدرة على إطلاق النار على عدو بسائل سام ، تصل درجة حرارته إلى 100 درجة مئوية. علاوة على ذلك ، فإن السائل نفسه جدير بالملاحظة ، ناهيك عن عملية "اللقطة".

ما هذا السائل؟


تطلق الخنافس مزيجًا من الهيدروكينونات وبيروكسيد الهيدروجين. يتم إنتاج هذا الخليط عن طريق غدتين غدد صماء متماثلتين. تدخل المواد التي تنتجها الغدد خزانًا خاصًا بجدران محصنة. هناك أيضًا خزانات أصغر تحتوي على الكاتالاز والبيروكسيديز. كما أن جدرانهم محصنة ومتصلة بالخزان المركزي. يتم ضغط العضلات المسؤولة عن فتح وإغلاق "الجذع" بإحكام. غرف الكاشف مغلقة بالمثل. عندما تكون الخنفساء هادئة ، لا تختلط السوائل ، ويتم إغلاق جميع "القوارير" بإحكام.

بمجرد الحاجة إلى إطلاق النار على الخنفساء ، يتم ضغط جدران الخزان الكبير ، ويتم ضغط المواد من الغرف الأصغر إلى "المفاعل" الرئيسي. هنا ، تتفاعل الإنزيمات مع بيروكسيد الهيدروجين ، مما يؤدي إلى تكوين الأكسجين الذري. هذا عامل مؤكسد قوي جدًا يتفاعل مع الهيدروكينونات ، ويؤكسدها إلى الكينونات (تمكن العلماء من معرفة التركيب الكيميائي لهذه المواد - هذا هو 2-ميثيل -1.4-بنزوزينون).



يحدث كلا التفاعلين مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة - يتم تسخين الخليط إلى 100 درجة مئوية. لا تنس أن كل هذا لا يحدث في وعاء زجاجي مثل قارورة أو أنبوب اختبار ، ولكن في جسم كائن حي. بمجرد ظهور الأكسجين أيضًا في الغرفة الرئيسية ، يزداد حجم المادة ، ويتم إخراج الخليط بالكامل من خلال الفتحات الموجودة على طرف بطن الحشرة. يتم التحكم في اللقطات الفردية باستخدام غشاء خاص. إذا تجاوز الضغط في الخزان مستوى معينًا ، يفتح الغشاء ، يتم إخراج الخليط ، ينخفض ​​الضغط. يغلق الغشاء. بعد ذلك ، تتكرر العملية ، وهكذا حتى يتم استنفاد الكواشف تمامًا في غرف بطن الخنفساء. التموج ضروري بحيث يكون للخزان ، حيث يحدث رد الفعل الرئيسي ، وقتًا حتى يبرد حتى لحظة اللقطة الجديدة.

طرف البطن في الحشرة متحرك للغاية. عند "التصوير" بسبب هذه الحركية ، يمكن أن يوجه الخلل ، وبدقة عالية. إنه قادر على "إطلاق النار" تحت نفسه ، فوق رأسه ، إلى اليمين ، إلى اليسار وإلى الأعلى. بومبارديرس لعدد من الأنواع يطلق النار ليس مع تيار ، ولكن مع سلسلة من اللقطات ، كل منها يدوم من 8 إلى 17 مللي ثانية. يصل معدل طرد السوائل إلى 10 م / ث. تذكر أن عدو الخنفساء عادة ما يكون قريبًا جدًا ، يمكننا القول أن "القشرة" تمسك العدو على الفور تقريبًا. النملة ، حشرة أكبر ، أو حتى ضفدع ، على وشك الإمساك بالهدّاف ، ليس لديها الوقت عادة للقيام بأي شيء.



استخدم إريك أرندت وزملاؤه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نظامًا معقدًا لدراسة عملية "الإطلاق" . وتتكون من باعث متزامن للأشعة السينية وكاميرا عالية السرعة قادرة على القيام بما يصل إلى 2000 إطار في الثانية.

يمكن أن تتخلص البق الأخرى أيضًا من سائل الترهيب. على وجه الخصوص ، يمكن للخنافس الأرضية لعدد من الأنواع طرد سائل كاوي في اتجاهات مختلفة. ولكن لا يحدث رد فعل داخل البطن - يتم إنتاج هذا السائل عن طريق الغدد الخاصة. لا تسخين إلى درجة حرارة عالية ، ولا ضغط كبير في هذه الحالة.

ومن المثير للاهتمام أيضًا أن الذكور والهدافين يمكنهم "التصوير" بدقة متساوية. لكن معدات اللقطات التي يمتلكونها مختلفة إلى حد ما ، على الرغم من أن رد الفعل نفسه والدبابات وكل شيء آخر هو نفسه تمامًا.



كيف يعيش الهداف نفسه؟


هذا سؤال صعب يحاول علماء الحشرات (وليس فقط) إيجاد الجواب منذ أكثر من عام. الشيء هو أن غرف الكاشف والخزان الرئيسي مغطاة بقماش خاص. هذا النسيج ليس مقاومًا فقط لتعزيز جميع المواد الكيميائية المشاركة في التفاعل ، ولكنه يتحمل أيضًا درجات الحرارة المرتفعة. بالإضافة إلى ذلك ، الموصلية الحرارية صغيرة ، بحيث لا تنتشر الحرارة في جميع أنحاء جسم الخنفساء ، يتم تسخين الخزان الرئيسي فقط. لا يمتد الخزان عند إطلاقه.

بومباردييه بيتل والطيران


يمكن أن يكون نظام الخنفساء ، حيث يتم إجراء تفاعل كيميائي وإطلاق السوائل ، مهمًا للبشر. أولاً ، يمكن أن تكون بيانات دراسة عملية "طلقة" نبضة للخنفساء مفيدة للمهندسين الذين يصممون محركات مختلفة ، بما في ذلك المحركات النفاثة للطائرات. ربما تساعد تقنية الحقن الدقيقة والسريعة في ضمان استعادة المحرك بعد التوقف العرضي.

لا يزال أمام العلماء الكثير لتكتشفه ، والآن يركز الاهتمام الرئيسي للمتخصصين على الغرفة حيث يحدث تفاعل الأكسدة الكاشف. يمكن أن تساعد دراسة هيكل هذه الغرفة في إنشاء مادة مقاومة للحرارة مقاومة لعمل المواد الكيميائية النشطة. وهي مفيدة في الصناعة والعلوم والشؤون العسكرية.



ماذا ايضا؟


إن خنفساء بومباردييه تحظى بشعبية كبيرة لدى الخليقين . يجادلون بأن مثل هذا النظام المتخصص المعقد لا يمكن أن يظهر في عملية التطور. حسنًا ، إذا كان الأمر كذلك ، فقد ظهرت الخنفساء فجأة وفوراً كخلق إلهي. تمكن العلماء الآن من العثور على الروابط الوسيطة في تطور خنفساء بومباردييه ، حيث أصبحت "الأداة" تدريجياً أكثر تعقيدًا. نعم ، والممثلون العصريون للسمات الفرعية للهداف "مسلحون" بطرق مختلفة. في بعض الخنافس ، يكون التوجيه عن طريق الإليترا وليس عن طريق البطن. ينبعث الهدافون الآخرون سائلًا ساخنًا قليلاً ، ويصدر عدد من الأنواع بشكل عام فقط سائل كاوي بدون تدفئة. لديهم أيضًا كاميرات مختلفة - يمكنك تتبع تطور "المختبر" من نظام بسيط إلى نظام معقد. لذا لا يمكن الحديث عن أي "ألوهية" للخنفساء.

Source: https://habr.com/ru/post/ar397007/

More articles:


All Articles