Physik in der Tierwelt: Der Bombardierkäfer und seine „Waffe“
Bombardierkäferarten Brachinus crepitans (Foto: beatlename.ru) Bombardierkäfer
werden von den Unterfamilien Brachininae und Paussinae (Laufkäferfamilie) vertreten. Die Torschützen sind überall zu finden, sie sind nur in der Antarktis vorhanden. Bekannter ist die Unterfamilie Brachininae. Wissenschaftler haben ihre Vertreter am besten untersucht.Die Größe der Bugs dieser Unterfamilie ist sehr unterschiedlich. Die maximale Größe des Bombardierkäfers beträgt 3 cm. Sie sehen normalerweise so aus, dass es weder helle Elytra noch besonders große Stiche gibt. Aber es gibt noch etwas anderes - die Fähigkeit, einen Feind mit einer giftigen Flüssigkeit zu erschießen, deren Temperatur 100 ° C erreicht. Darüber hinaus ist die Flüssigkeit selbst bemerkenswert, ganz zu schweigen vom "Schuss" -Prozess.Was ist das für eine Flüssigkeit?
Käfer schießen eine Mischung aus Hydrochinonen und Wasserstoffperoxid. Diese Mischung wird von zwei symmetrischen endokrinen Drüsen produziert. Von den Drüsen produzierte Substanzen gelangen in einen speziellen Tank mit befestigten Mauern. Es gibt auch kleinere Tanks, die Katalase und Peroxidase enthalten. Ihre Mauern sind ebenfalls befestigt und mit dem zentralen Stausee verbunden. Die Muskeln, die für das Öffnen und Schließen des „Rumpfes“ verantwortlich sind, sind fest zusammengedrückt. Reagenzienkammern sind ähnlich geschlossen. Wenn der Käfer ruhig ist, mischen sich die Flüssigkeiten nicht, alle "Kolben" sind fest verschlossen.Sobald der Käfer geschossen werden muss, werden die Wände des großen Tanks zusammengedrückt und Substanzen aus den kleineren Kammern in den Haupt- "Reaktor" herausgedrückt. Hier reagieren die Enzyme mit Wasserstoffperoxid, was zur Bildung von atomarem Sauerstoff führt. Dies ist ein sehr starkes Oxidationsmittel, das mit Hydrochinonen reagiert und diese zu Chinonen oxidiert (Wissenschaftler haben es geschafft, die chemische Zusammensetzung dieser Substanzen herauszufinden - dies ist 2-Methyl-1,4-benzochinon).
Beide Reaktionen finden unter Freisetzung einer großen Wärmemenge statt - die Mischung wird auf 100 ° C erhitzt. Vergessen Sie nicht, dass dies alles nicht in einem Glasgefäß wie einer Flasche oder einem Reagenzglas geschieht, sondern im Körper eines Lebewesens. Sobald auch Sauerstoff in der Hauptkammer erscheint, nimmt das Volumen der Substanz zu und die gesamte Mischung wird durch die Löcher an der Spitze des Bauches des Insekts ausgestoßen. Einzelaufnahmen werden mit einer speziellen Membran gesteuert. Wenn der Druck im Tank ein bestimmtes Niveau überschreitet, öffnet sich die Membran, das Gemisch wird ausgestoßen, der Druck nimmt ab. Die Membran schließt sich. Danach wird der Vorgang wiederholt und so weiter, bis die Reagenzien in den Kammern des Käferbauches vollständig aufgebraucht sind. Eine Welligkeit ist erforderlich, damit das Reservoir, in dem die Hauptreaktion stattfindet, Zeit hat, sich bis zum Moment eines neuen Schusses abzukühlen.Die Bauchspitze des Insekts ist sehr beweglich. Beim "Schießen" aufgrund dieser Mobilität kann der Fehler zielen und sehr genau. Er kann unter sich selbst, über seinem Kopf, nach rechts, links und oben "schießen". Bombardiere einer Reihe von Arten schießen Flüssigkeit nicht mit einem Strom, sondern mit einer Reihe von Schüssen, die jeweils 8 bis 17 ms dauern. Die Flüssigkeitsabgaberate erreicht 10 m / s. Wenn wir uns daran erinnern, dass der Feind des Käfers normalerweise sehr nahe ist, können wir sagen, dass die "Granate" den Feind fast sofort fängt. Eine Ameise, ein größerer Käfer oder sogar ein Frosch, der sich einen Torschützen schnappen will, hat normalerweise keine Zeit, etwas zu tun.Eric Arndt und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology verwendeten ein ausgeklügeltes System , um den „Brennprozess“ zu untersuchen . Es besteht aus einem röntgensynchronen Sender und einer Hochgeschwindigkeitskamera, die bis zu 2000 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann.Andere Insekten können auch erschreckende Flüssigkeit abwerfen. Insbesondere Laufkäfer einer Reihe von Arten können Ätzflüssigkeit in verschiedene Richtungen ausstoßen. In ihrem Bauch tritt jedoch keine Reaktion auf - diese Flüssigkeit wird von speziellen Drüsen produziert. Weder Erhitzen auf hohe Temperatur noch signifikanter Druck in diesem Fall.Interessant ist auch, dass die männlichen und weiblichen Torschützen gleich genau „schießen“ können. Aber die Ausrüstung für die Aufnahmen ist etwas anders, obwohl die Reaktion selbst, die Panzer und alles andere absolut gleich sind.
Wie überlebt der Torschütze selbst?
Dies ist eine schwierige Frage, die Entomologen (und nicht nur sie) seit mehr als einem Jahr zu beantworten versuchen. Die Sache ist, dass die Reagenzienkammern und der Haupttank mit einem speziellen Stoff bedeckt sind. Dieser Stoff ist nicht nur beständig gegen die Förderung aller an der Reaktion beteiligten Chemikalien, sondern hält auch hohen Temperaturen stand. Außerdem ist die Wärmeleitfähigkeit gering, sodass sich die Wärme nicht im gesamten Käferkörper verteilt, sondern nur der Haupttank beheizt wird. Der Tank dehnt sich beim Abfeuern nicht.Bombardier Käfer und Luftfahrt
Das Käfersystem, in dem eine chemische Reaktion und die Freisetzung von Flüssigkeit durchgeführt wird, kann für den Menschen wichtig sein. Erstens können Daten aus der Untersuchung des Prozesses eines Impulsschusses eines Käfers für Ingenieure nützlich sein, die verschiedene Triebwerke konstruieren, einschließlich Düsentriebwerke für Flugzeuge. Vielleicht hilft die Technologie der genauen und schnellen Einspritzung dabei, die Wiederherstellung des Motors nach einem versehentlichen Stopp sicherzustellen.Wissenschaftler müssen noch viel herausfinden, jetzt liegt das Hauptaugenmerk der Spezialisten auf der Kammer, in der die Oxidationsreaktion der Reagenzien stattfindet. Das Studium der Struktur dieser Kammer kann dazu beitragen, ein hitzebeständiges Material zu schaffen, das gegen die Einwirkung aktiver Chemikalien beständig ist. Es ist nützlich in Industrie, Wissenschaft und Militär.
Was sonst?
Der Bombardierkäfer ist bei Kreationisten sehr beliebt . Sie argumentieren, dass ein solch komplexes spezialisiertes System im Verlauf der Evolution nicht hätte entstehen können. Wenn ja, dann erschien der Käfer plötzlich und sofort als göttliche Schöpfung. Jetzt konnten Wissenschaftler die Zwischenglieder in der Entwicklung des Bombardierkäfers finden, wo das „Werkzeug“ allmählich immer komplexer wird. Ja, und moderne Vertreter der Torschützen-Unterfamilien sind auf unterschiedliche Weise „bewaffnet“. Bei einigen Käfern erfolgt die Führung über den Elytra, nicht über den Bauch. Andere Scorer geben nur leicht erhitzte Flüssigkeit ab, und eine Reihe von Arten emittieren im Allgemeinen nur ätzende Flüssigkeit ohne Erhitzen. Sie haben auch verschiedene Kameras - Sie können die Entwicklung des "Labors" von einem einfachen System zu einem komplexen verfolgen. Von einer „Göttlichkeit“ des Käfers kann also keine Rede sein.Source: https://habr.com/ru/post/de397007/
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