Hvordan Bombardier Beetle pakker sit slag

Hvordan Bombardier Beetle pakker sit slag

Bombardierbillen afbilledet ovenfor (Brachinus elongatulus) har et par kirtler, der hver indeholder to kamre, der er nødvendige for at lave en irriterende spray. Kamrene er sammensat af et neglebånd – der består af kitin, proteiner, voks og vand – der kan modstå de giftige kemikalier, høje temperaturer og forhøjede tryk, der karakteriserer billens eksplosive udledning. 'Det er et meget modstandsdygtigt og alsidigt materiale,' siger forsker Eric Arndt. Hvis denne bille sprøjter dig, vil det ikke være ekstremt smertefuldt - men kemikalierne vil farve din hånd brun som en henna-tatovering. Foto af Charles Hedgcock © Wendy Moore

Fra firbenet, der mister halen til opossum med sine snedige lig-lignende præstationer, har byttet udviklet utallige metoder til at vrikke sig af vejen. Men nogle gange er det mest effektive forsvar et modangreb, såsom den dristige strategi, som bombardierbillen bruger.



Medlemmer af denne bille-underklasse, som består af mere end 1.400 kendte arter, afskrækker rovdyr med et brændende varmt, skadeligt sekret, der indeholder benzoquinon, et almindeligt toksin, der er stærkt irriterende for hud, øjne og åndedrætsorganer. Den måde, de udsender sprayen på, varierer, men omkring 500 arter affyrer hurtigt den sydende opløsning. Ligesom biologiske maskingeværer er disse insekter blevet observeret at udlede 300 til 1.000 omgange af kemikaliet hvert sekund ved hastigheder på over 22 miles/time.

Siden bombardierbillen første gang blev klassificeret for 250 år siden, har dens unikke forsvarsmekanisme fanget naturforskere og biologers opmærksomhed. 'Men det var først for 25 år siden, at det blev opdaget, at denne spray [kunne komme] ud i en række hurtige impulser,' siger Eric Arndt, en kandidatstuderende i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved MIT.

Selvom en håndfuld undersøgelser har forsøgt at løse mysteriet om, hvordan bombarderer producerer en pulserende spray, stolede de udelukkende på eksterne observationer, som efterlod de underliggende møtrikker og bolte stort set ukendte.

Arndt og et team af forskere besluttede at sondere dybere ved at bruge højhastigheds røntgenbilleder til at studere en bombardierart kaldet Brachinus elongatulus . De har for nylig offentliggjort deres fund i journalen Videnskab .

Forskerne undersøgte insektets par af pygidiale kirtler, som hver indeholder to kamre: et reservoirkammer, der naturligt producerer og opbevarer en reaktantopløsning, og et reaktionskammer, hvor benzoquinon syntetiseres og opvarmes til 212°F.

'Det, vi opdagede, var, at en del af reaktionskammerets vægge er tynde og fleksible, mens [resten] af reaktionskammeret for det meste er stiv,' siger Arndt. 'De fleste mennesker antog, at reaktionen fandt sted i et fast kammer.'

Når billen er truet, trækker den en lille gruppe muskler sammen i pygidiekirtlen, der åbner en ventil, hvilket tillader en dråbe reaktantopløsning - indeholdende hydrogenperoxid og andre organiske forbindelser - at strømme fra reservoirkammeret ind i reaktionskammeret. Her blandes dråben med en række enzymer for at danne benzoquinon i en eksplosiv reaktion, der koger den giftige spray og driver den fra spidsen af ​​insektets underliv direkte ved den indtrængende trussel.

Forskerne fandt ud af, at eksplosionen øger trykket på reaktionskammerets fleksible væg, som udvider sig og afbryder strømmen af ​​reaktantopløsning gennem forbindelsesventilen. Efter eksplosionen falder trykket, hvilket gør det muligt for ventilen at åbne igen, og derved starte en ny dråbecyklus. Processen fortsætter - hvilket resulterer i en række pulserende udstødninger - indtil billen slapper af i sine muskler.

'Blandt alle insekterne er der ikke ret mange eksempler på denne form for fysisk og kemisk kompleksitet,' siger Arndt. 'Bombardierbillens forsvar er ekstraordinært effektivt mod de fleste hvirveldyr og hvirvelløse rovdyr.'

Flere dyr har dog fundet ud af, hvordan de kan overliste bombardierens forsvar. Blåjaks og nogle andre fugle gnider billens underliv mod deres fjer eller sand, som tjener til at beskytte dem, indtil insektet er udmattet og bremser dens spærreild. Visse edderkopper er også blevet observeret at pakke billen ind i silke for at afbøje sprøjteangrebet.

Arndt håber at udføre lignende eksperimenter for at lære mere om bombardierforsvarsmekanismer. 'Der er 540 andre arter af bombardierbiller, der [hurtigt] sprøjter rovdyr, og meget lidt er kendt om dem,' siger han. 'Enhver mulighed, du har for at studere et system som dette, kan tjene som inspiration til designprincipper,' såsom små lette fremdriftssystemer.