Жук-бомбардир способен защищаться от врагов струёй горячей раздражающей жидкости. При этом химическая реакция происходит прямо внутри его брюшка, но само насекомое не получает таких повреждений, какие мог бы вызвать подобный выброс у незащищённого организма. Секрет заключается в устройстве желез, разделении реагентов и очень быстром механизме подачи смеси.
Жуки-бомбардиры относятся к семейству жужелиц. Внешне многие из них выглядят как обычные небольшие наземные жуки, однако при угрозе используют необычный способ защиты. Из задней части тела они направляют в сторону нападающего горячую жидкость, содержащую раздражающие хиноны.
Внутри брюшка расположены связанные между собой отделы защитной железы. В одном хранятся исходные вещества, а в другом происходит реакция с участием ферментов. Благодаря такому разделению активная смесь образуется непосредственно перед выбросом, а не находится постоянно в готовом виде.
Когда насекомое оказывается в опасности, часть жидкости из резервуара попадает в реакционную камеру. Там химические превращения сопровождаются выделением тепла и образованием газа и пара. Давление резко возрастает и выталкивает защитную смесь наружу через специальный канал.
Температура выбрасываемой жидкости может приближаться к температуре кипения воды. Однако это не означает, что всё тело жука нагревается до ста градусов. Высокая температура возникает локально, в специализированной камере, стенки которой приспособлены к такой нагрузке.
Долгое время учёным было не вполне ясно, почему химический выброс состоит из множества коротких импульсов. Исследователи из Массачусетского технологического института и Университета Аризоны изучили этот процесс при помощи скоростной рентгеновской съёмки. Результаты были опубликованы в научном журнале Science в 2015 году.
Съёмка позволила увидеть работу клапана и эластичной части стенки реакционной камеры. Когда давление повышается, гибкая мембрана смещается и временно перекрывает поступление новой порции реагентов. После выхода жидкости давление падает, мембрана возвращается назад, и следующий цикл начинается автоматически.
Таким образом, жуку не требуется отдельно управлять каждым микроскопическим выбросом с помощью мышц. Чередование импульсов возникает за счёт самой механики камеры и изменений давления. Подобный принцип напоминает саморегулирующийся клапан, хотя устройство биологической системы существенно сложнее простой трубки.
Стенки реакционного отдела образованы прочными структурами наружного скелета насекомого. Они помогают выдерживать кратковременные скачки давления и контакт с горячей химической смесью. Дополнительную роль играет то, что жидкость выбрасывается порциями, а не удерживается в камере длительное время.
Раздражающий аэрозоль способен отпугивать многих потенциальных хищников. Насекомое может менять направление выброса и направлять его в сторону источника угрозы. При этом защита не делает жука абсолютно неуязвимым: в природе существуют животные, способные справляться и с такими средствами обороны.
Изучение жуков-бомбардиров интересно не только энтомологам. Инженеры рассматривают механизмы быстрого изменения давления и автоматического закрывания клапана как примеры природных решений для технических систем. Это не означает, что устройство насекомого уже перенесено в серийные двигатели или защитные конструкции.
Главная особенность жука-бомбардира заключается в сочетании химии и механики. Исходные вещества разделены до момента защиты, реакция ограничена специальной камерой, а мембрана регулирует последовательность коротких выбросов. Благодаря этому маленькое насекомое использует мощную химическую защиту, не подвергая всё своё тело воздействию её температуры и давления.