Ένα ζωντανό πολυβόλο
Όταν δέχεται επίθεση, αυτό το σκαθάρι προκαλεί μια γρήγορη χημική αντίδραση μέσα στο σώμα του, εκτοξεύοντας στα αρπακτικά ένα καυτό δηλητηριώδες χημικό σπρέι.
 |
| Αυστραλιανό Σκαθάρι Βομβαρδιστής (Pheropsophus verticalis) CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2172993 |
Αυτή η εκπληκτική χημική άμυνα έχει κάνει πολλούς να προβληματίζονται.
Το σπρέι παράγεται από μια αντίδραση μεταξύ δύο χημικών ενώσεων, υδροκινόνης και υπεροξειδίου του υδρογόνου, οι οποίες αποθηκεύονται σε δύο δεξαμενές στην κοιλιά του σκαθαριού. Όταν το υδατικό διάλυμα της υδροκινόνης και του υπεροξειδίου του υδρογόνου φτάνει στον προθάλαμο, καταλύτες διευκολύνουν την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου και την οξείδωση της υδροκινόνης. Η θερμότητα από την αντίδραση φέρνει το μίγμα κοντά στο σημείο βρασμού του νερού και παράγεται αέριο που προκαλεί την εκτόξευση. Η ζημιά που προκαλείται μπορεί να είναι θανατηφόρα για τα επιτιθίμενα εντόμα. Ορισμένα σκαθάρια βομβαρδιστές μπορούν να κατευθύνουν το σπρέι σε διάφορες κατευθύνσεις.
Πώς θα μπορούσε ένα τέτοιο πολύπλοκο σύστημα να εξελιχθεί σταδιακά - χωρίς να βλάψει το σκαθάρι;
Ανατομία
Υπάρχουν δύο μεγάλοι αδένες που έχουν το άνοιγμά τους στο άκρο της κοιλιάς. Κάθε αδένας αποτελείται από έναν προθάλαμο με παχύ τοίχωμα που περιέχει ένα μείγμα ενζύμων καταλασης και υπεροξειδάσης που παράγονται από τα εκκριτικά κύτταρα που υπάρχουν στον προθάλαμο. Και οι δύο αδένες αποτελούνται επίσης από μια δεξαμενή λεπτού τοιχώματος και που μπορεί να συμπιέζεται που περιέχει ένα υδατικό διάλυμα υδροκινόνης και υπεροξειδίου του υδρογόνου.
Μηχανισμός άμυνας
Όταν το σκαθάρι αισθάνεται να απειλείται ανοίγει μια βαλβίδα που επιτρέπει στο υδατικό διάλυμα από τη δεξαμενή να φτάσει στον προθάλαμο. Οι καταλάσεις που καλύπτουν το τοίχωμα του προθαλάμου διευκολύνουν την διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε οξυγόνο και νερό. Η αντίδραση προχωρά ως εξής:
Τα ένζυμα υπεροξειδάσης διευκολύνουν την οξείδωση των υδροκινόνων σε ρ-κινόνη , όπως φαίνεται στην παρακάτω αντίδραση:
Η καθαρή αντίδραση είναι:
Αυτή η αντίδραση είναι πολύ εξώθερμη και η απελευθερωμένη ενέργεια αυξάνει τη θερμοκρασία του μίγματος σε περίπου 100 °C, εξατμίζοντας περίπου το ένα πέμπτο του. Η προκύπτουσα αύξηση της πίεσης αναγκάζει τις βαλβίδες εισόδου από τους θαλάμους αποθήκευσης των αντιδρώντων να κλείσουν, προστατεύοντας έτσι τα εσωτερικά όργανα του σκαθαριού. Το ζεστό, μυρωδάτο υγρό εκτοξεύεται βίαια μέσα από μια βαλβίδα εξόδου, με ένα δυνατό ήχο σαν σκάσιμο. Οι αδένες των σκαθαριών αποθηκεύουν αρκετή υδροκινόνη και υπεροξείδιο του υδρογόνου για να επιτρέψουν στο σκαθάρι να απελευθερώσει τον χημικό ψεκασμό του περίπου 20 φορές. Σε μερικές περιπτώσεις αυτό αρκεί για να σκοτώσει ένα αρπακτικό. Το κύριο συστατικό του σπρέι στα σκαθάρια είναι η 1,4-βενζοκινόνη , μια ουσία ερεθιστική για τα μάτια και το αναπνευστικό σύστημα των σπονδυλωτών.
Η ροή των αντιδραστηρίων στον θάλαμο αντίδρασης και η επακόλουθη εκτόξευση συμβαίνουν σε μια ακολουθία περίπου 70 παλμών, με ρυθμό περίπου 500 παλμών ανά δευτερόλεπτο. Η όλη ακολουθία γεγονότων διαρκεί μόνο ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Αυτοι οι παλμοί προκαλούνται από επαναλαμβανόμενες μικροεκρήξεις οι οποίες είναι τα αποτελέσματα της συνεχούς πίεσης επί της δεξαμενής και του ταλαντευόμενου ανοίγματος και κλεισίματος της βαλβίδας που ελέγχει την πρόσβαση στον θάλαμο αντίδρασης. Αυτός ο παλλόμενος μηχανισμός είναι ευεργετικός για την επιβίωση των σκαθαριών, επειδή το σύστημα χρησιμοποιεί πίεση αντί των μυών για να εκτοξεύσει το σπρέι σε σταθερή ταχύτητα, εξοικονομώντας την ενέργεια των σκαθαριών. Επίσης, η επανεισαγωγή νέων αντιδραστηρίων στο προθάλαμο όπου αποθηκεύονται ένζυμα, μειώνει τη θερμοκρασία του θαλάμου, προστατεύοντας έτσι τις υπεροξειδάσες και τις καταλάσες από τη θερμική μετουσίωση.
Συνήθως το σκαθάρι γυρίζει το σώμα του έτσι ώστε να κατευθύνει τον πίδακα προς αυτό που το προκαλεί. Τα ανοίγματα των αδένων ορισμένων σκαθαριών βομβαρδιστών της Αφρικής μπορούν να περιστραφούν κατά 270 ° και να εκτοξεύουν το σπρέι ανάμεσα από τα πόδια των εντόμων, ρίχνοντας το υγρό σε μια ευρεία γκάμα διευθύνσεων με μεγάλη ακρίβεια.