Как стреляют жуки-бомбардиры
Эволюция подарила жукам-бомбардирам уникальное средство защиты: в минуту опасности они стреляют из заднего конца брюшка горячей едкой жидкостью, причём благодаря подвижности брюшка могут даже более-менее точно прицеливаться в нападающего. Залп длится доли секунды и состоит из нескольких выстрелов, следующих очень быстро один за другим. (Здесь можно посмотреть, как жук отбивается от муравья.)
Разумеется, энтомологи давно узнали, как устроено брюшко бомбардиров: в нём есть две камеры, в которых хранятся реагенты, необходимые для химической атаки. Когда приходит время, вещества-предшественники смешиваются, в результате химических превращений реакционная смесь разогревается до 100°С и жидкость под давлением вылетает наружу. Однако многие детали этого удивительного оружия оставались от исследователей скрытыми – просто потому, что не было необходимых методов, которые позволили бы повнимательней изучить механику жучиной стрельбы.
Зато такие методы есть сейчас. Эрик Арндт (Eric Arndt) и его коллеги из Массачусетского технологического института использовали рентгеновское синхротронное излучение и скоростную камеру, делающую 2 000 кадров в секунду, что позволило в подробностях рассмотреть, как происходит выброс горячего пара из тела жука. Как мы уже сказали, реагенты у бомбардиров содержатся в двух соседних камерах: в одной – гидрохинон, в другой – перекись водорода. Камеры соединены каналом, по которому гидрохинон перетекает к перекиси. Между ними происходит бурная реакция с повышением температуры, но вслед за температурой растёт и давление, и вот как раз из-за возросшего давления специальная мембрана закрывает канал между камерами. Вскипевшая жидкость вылетает наружу, давление падает, и мембрана съеживается, позволяя сделать ещё один выстрел. Механизм работает очень быстро, и невооружённым глазом разглядеть всё это, разумеется, никак было нельзя. Результаты исследований опубликованы в журнале Science.
Другие насекомые тоже, бывает, защищаются с помощью едких гидрохинонов, выбрасывая их во врага, но бомбардиры научились разогревать свой химикат, что позволяет выбрасывать его в пять раз быстрее, чем у других видов. Хотя время, проходящее между выстрелами, совершенно ничтожно, тем не менее, по словам авторов работы, «химический реактор» бомбардиров успевает немного охладиться, так что перегрев жукам не грозит. Разумеется, у них есть и другие анатомические и физиологические уловки, повышающие эффективность оружия (например, стенки реакционной камеры не растягиваются, так что вся энергия по максимуму уходит в выстрел) и защищающие тело насекомого от возможного вреда. Между устройством химической пушки жуков и устройством некоторых двигательных установок есть некоторое сходство, но вот пригодятся ли наработки насекомых нашим инженерам, покажут время и дальнейшие эксперименты.