皮皮虾科普网

皮皮虾科普网
分享国内外科学知识
皮皮虾科普网-国内外科学-科技-科普

放屁甲虫强大火力背后的化学原理——“一个没

更新时间:2020-07-06 22:42点击:

甲虫是怎么撞到的

如果你想看看自然界的奇迹之一,吓一吓放屁甲虫就行了。但要小心:甲虫害怕时,他们洪水内部室复杂的芳香化学物质,引发一连串的化学反应,引爆液体并将它拍摄出insect’ s machine-gun-like脉冲喷嘴的有毒,滚烫的蒸汽。这种高压、爆炸性的有毒化学物质对甲虫没有伤害,但会污染和刺激人的皮肤,还能直接杀死较小的敌人

甜菜非凡的军火库被一些人视为上帝存在的证据:神造论者争辩说,如此复杂、多步骤的防御机制究竟是如何偶然进化而来的?现在,新泽西州霍博肯史蒂文斯理工学院的研究人员向我们展示了放屁甲虫是如何合成它致命的爆炸物的,并在这个过程中了解到进化是如何产生这种甲虫惊人的火力的。

我们第一次解释了这些神奇的甲虫如何将化学物质合成为爆炸所需的燃料,化学研究教授Athula Attygalle说,他是这项研究的第一作者,该研究发表在今天的《自然科学》2020年7月号上。这是一个以前没有人能够讲出来的引人入胜的故事。

为了追踪甜菜内部化学结构的运作,阿提加勒和他在加州大学伯克利分校的同事们使用氘(一种罕见的氢同位素)来标记特殊合成的化学混合物。然后,由吉卜林领导的研究小组将把含有氘的化学物质注入甜菜体内。或者把它们和狗粮混合,喂给甲虫几天。

attygalle&o的研究小组将这些小虫子放入冰箱中使它们镇静下来,然后轻轻地拉它们的腿,惹得它们心烦意乱,直到它们向小心放置的滤纸上喷射防范性喷雾。研究小组还解剖了一些甲虫,用人类的毛发将连接它们的化学储存库和反应室的微小管道连接起来,并对用于爆炸的原始化学物质进行取样。

通过使用质谱仪,阿提加勒检查了寄给史蒂文斯的样品中含有氘的产品,这使他能够准确地找出甲虫在制造炸弹时所使用的化学物质。人们对此已经猜测了至少50年,但我们终于有了一个明确的答案:Attygalle说。事实证明,beetles&r;生物化学比我们想象的还要复杂。

此前,研究人员认为甜菜中发现了两种名为苯醌的有毒类苯化学物质。喷雾剂是由对苯二酚代谢产生的,对苯二酚是一种有毒化学物质,对人类可导致癌症或基因损伤。史蒂文斯的研究小组发现,事实上甜菜中只有一种苯醌是从对苯二酚中提取出来的,而另一种是从一种完全独立的前体中提取出来的:间甲酚,一种在煤焦油中发现的毒素。

阿提加勒说,这种甲虫能够安全地代谢这些有毒化学物质,这很神奇。在未来的研究中,他希望能跟上甲壳虫的脚步。化学供应链进一步上游,以了解如何从自然可利用的物质生物合成前体。

该团队的研究结果还表明,甲壳虫乐队的成员们对这一现象的反应非常强烈。爆炸物依赖化学途径,在许多其他令人毛骨悚然的爬行动物身上发现了化学途径。其他动物,如千足虫,也使用苯醌来阻止捕食者,尽管它们缺乏轰击者引爆化学防御的能力。进化上遥远的生物,如蜘蛛和千足虫,也使用类似的策略,这表明多种生物各自独立地进化出了合成化学物质的方式。

Attygalle说,这提醒我们,放屁甲虫虽然与众不同,但却是丰富而完整的自然进化织成的一部分。通过研究甲壳虫之间的异同,在化学方面,我们可以更清楚地看到它们和其他物种是如何在进化树中相互适应的。他解释说。甲虫种类繁多,它们都有令人称奇的化学故事要讲。

参考文献:放屁甲虫爆炸放电中苯醌的生物合成来源作者Athula B. Attygalle, Sihang Xu, Wendy Moore, Reilly McManus, Aman Gill &吉卜林将于2020年6月16日,《自然科学》。

DOI: 10.1007 / s00114 - 020 - 01683 - 0