La physique dans le monde animal: le scarabée bombardier et son «arme»
Espèces de coléoptères Bombardier Brachinus crepitans (photo: beatlename.ru) Les
coléoptères Bombardier sont représentés par les sous-familles Brachininae et Paussinae (famille des coléoptères terrestres). Les buteurs se retrouvent partout, ils ne sont pas là sauf en Antarctique. Plus célèbre est la sous-famille Brachininae. Les scientifiques ont mieux étudié ses représentants.La taille des bogues de cette sous-famille est très différente. La taille maximale du scarabée bombardier est de 3 cm. Ils ont généralement l'air, il n'y a ni élytres brillants, ni piqûres particulièrement grosses. Mais il y a autre chose - la capacité de tirer sur un ennemi avec un liquide toxique, dont la température atteint 100 ° C. De plus, le liquide lui-même est remarquable, sans parler du processus de «tir».Quel est ce fluide?
Les coléoptères poussent un mélange d' hydroquinones et de peroxyde d'hydrogène. Ce mélange est produit par deux glandes endocrines symétriques. Les substances produites par les glandes pénètrent dans un réservoir spécial aux parois fortifiées. Il existe également des réservoirs plus petits, contenant de la catalase et de la peroxydase. Leurs murs sont également fortifiés et ils sont reliés au réservoir central. Les muscles responsables de l'ouverture et de la fermeture du «tronc» sont fortement comprimés. Les chambres de réactifs sont également fermées. Lorsque le coléoptère est calme, les liquides ne se mélangent pas, tous les "flacons" sont bien fermés.Dès que le scarabée doit être abattu, les parois du grand réservoir sont comprimées et les substances provenant des petites chambres sont expulsées dans le "réacteur" principal. Ici, les enzymes réagissent avec le peroxyde d'hydrogène, entraînant la formation d'oxygène atomique. Il s'agit d'un agent oxydant très puissant qui réagit avec les hydroquinones, les oxydant en quinones (les scientifiques ont réussi à connaître la composition chimique de ces substances - il s'agit de la 2-méthyl-1,4-benzoquinone).
Les deux réactions ont lieu avec la libération d'une grande quantité de chaleur - le mélange est chauffé à 100 ° C. N'oubliez pas que tout cela ne se produit pas dans un récipient en verre comme une fiole ou un tube à essai, mais dans le corps d'une créature vivante. Dès que de l'oxygène apparaît également dans la chambre principale, le volume de la substance augmente et tout le mélange est éjecté à travers les trous à l'extrémité de l'abdomen de l'insecte. Les tirs individuels sont contrôlés à l'aide d'une membrane spéciale. Si la pression dans le réservoir dépasse un certain niveau, la membrane s'ouvre, le mélange est éjecté, la pression diminue. La membrane se ferme. Après cela, le processus est répété, et ainsi de suite jusqu'à ce que les réactifs soient complètement épuisés dans les chambres de l'abdomen du scarabée. L'ondulation est nécessaire pour que le réservoir, où a lieu la réaction principale, ait le temps de se refroidir jusqu'au moment d'un nouveau tir.La pointe de l'abdomen de l'insecte est très mobile. Lors du "tir" en raison de cette mobilité, le bug peut viser, et très précisément. Il est capable de "tirer" sous lui, pour lui-même, au-dessus de sa tête, à droite, à gauche et en haut. Les bombardiers d'un certain nombre d'espèces tirent liquide non pas avec un ruisseau, mais avec une série de tirs, chacun d'une durée de 8 à 17 ms. Le taux d'éjection du fluide atteint 10 m / s. En se rappelant que l'ennemi du coléoptère est généralement très proche, on peut dire que la "coquille" attrape l'ennemi presque instantanément. Une fourmi, un insecte plus gros, ou même une grenouille, sur le point d'attraper un marqueur, n'ont généralement pas le temps de faire quoi que ce soit.Eric Arndt et ses collègues du Massachusetts Institute of Technology ont utilisé un système sophistiqué pour étudier le processus de "tir" . Il se compose d'un émetteur synchrone à rayons X et d'une caméra à haute vitesse, capable de faire jusqu'à 2000 images par seconde.D'autres insectes peuvent également jeter du liquide effrayant. En particulier, les coléoptères broyés d'un certain nombre d'espèces peuvent éjecter du liquide caustique dans différentes directions. Mais aucune réaction ne se produit à l'intérieur de leur abdomen - ce fluide est produit par des glandes spéciales. Ni échauffement à haute température, ni pression importante dans ce cas.Il est également intéressant de noter que les marqueurs masculins et féminins peuvent «tirer» avec autant de précision. Mais l'équipement pour les tirs qu'ils ont est quelque peu différent, bien que la réaction elle-même, les tanks et tout le reste soit absolument la même.
Comment le marqueur lui-même survit-il?
C'est une question difficile que les entomologistes (et pas seulement eux) tentent de trouver la réponse depuis plus d'un an. Le fait est que les chambres de réactifs et le réservoir principal sont recouverts d'un tissu spécial. Ce tissu est non seulement résistant à la promotion de tous les produits chimiques impliqués dans la réaction, mais résiste également aux températures élevées. De plus, sa conductivité thermique est faible, de sorte que la chaleur ne se propage pas dans tout le corps du scarabée, seul le réservoir principal est chauffé. Le char ne s'étire pas lorsqu'il est tiré.Bombardier Beetle et Aviation
Le système du coléoptère, où une réaction chimique et la libération de liquide sont effectuées, peut être important pour l'homme. Premièrement, les données issues de l'étude du processus d'un «tir» d'impulsion d'un scarabée peuvent être utiles aux ingénieurs qui conçoivent divers moteurs, y compris les turboréacteurs pour avions. Peut-être que la technologie d'injection précise et rapide aidera à assurer la récupération du moteur après un arrêt accidentel.Les scientifiques ont encore beaucoup à découvrir, maintenant l'attention principale des spécialistes se concentre sur la chambre où se déroule la réaction d'oxydation des réactifs. L'étude de la structure de cette chambre peut aider à créer un matériau résistant à la chaleur qui résiste à l'action des produits chimiques actifs. Il est utile dans l'industrie, la science, les affaires militaires.
Quoi d'autre?
Le scarabée bombardier est très populaire auprès des créationnistes . Ils soutiennent qu'un système spécialisé aussi complexe n'aurait pas pu apparaître dans le processus d'évolution. Eh bien, si c'est le cas, alors le scarabée est apparu soudainement et immédiatement comme une création divine. Désormais, les scientifiques ont pu trouver les liens intermédiaires dans l'évolution du scarabée bombardier, où «l'outil» devient de plus en plus complexe. Oui, et les représentants modernes des sous-familles de buteurs sont «armés» de différentes manières. Chez certains coléoptères, le guidage se fait par les élytres, pas par l'abdomen. D'autres marqueurs n'émettent que du liquide légèrement chauffé, et un certain nombre d'espèces en général n'émettent que du liquide caustique sans chauffer. Ils ont également différentes caméras - vous pouvez suivre l'évolution du «laboratoire» d'un système simple à un système complexe. Il ne peut donc être question d'aucune «divinité» du scarabée.Source: https://habr.com/ru/post/fr397007/
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