Tai bent ginkluotė: bombožygio cheminės artilerijos paslaptys

Visas gyvybės formas, pradedant mikroskopinėmis, nuokritas skaidančiomis dirvožemio bakterijomis ir baigiant pusantro šimto tonų sveriančiais, planktoniniais vėžiagyviais mintančiais mėlynaisiais banginiais, veikia platus ekologinių veiksnių spektras: aplinkos temperatūra, konkurentų populiacijos tankis geografiniame areale, žmogaus ūkinė veikla ir t.t.

Bombožygių genčiai priklausančių vabalų apsaugos nuo grobuonių priemonė – vienas įstabiausių evoliucinių ginklavimosi varžybų rezultatų.<br>123rf nuotr.
Bombožygių genčiai priklausančių vabalų apsaugos nuo grobuonių priemonė – vienas įstabiausių evoliucinių ginklavimosi varžybų rezultatų.<br>123rf nuotr.
Daugiau nuotraukų (1)

Edvinas Stankūnas

Dec 28, 2016, 8:50 AM, atnaujinta Feb 9, 2018, 8:30 PM

Tai yra mokslo populiarinimo konkurso darbas. Daugiau informacijos apie konkursą rasite čia.

Vykstant gamtinei atrankai biosferoje išlieka tik tie organizmai ar jų rūšys, kurie yra geriausiai prisitaikę prie vietos (erdvėje ir laike) sąlygų. Pavyzdžiui, daugiau nei prieš 2 mlrd. metų dėl melsvabakterių deguoninės fotosintezės didėjant molekulinio deguonies koncentracijai Žemės atmosferoje įvyko vienas pirmųjų masinių išnykimų mūsų planetos istorijoje, kuris pražudė dalį anaerobinių mikroorganizmų. Gamtoje kova už būvį yra nuolatinė gyvųjų organizmų būsena, o viena įdomiausių jos formų – evoliucinės ginklavimosi varžybos, primenančios XX a. antrosios pusės geopolitinę konfrontaciją.

Vienos iš ginklavimosi varžybų, kurių eiga kelia vis daugiau nerimo, vyksta tarp žmonių, siekiančių sukurti ar atrasti naujos kartos antibiotikus, ir ligas sukeliančių patogeninių bakterijų. Neatsakingas, o kai kuriais atvejais ir perteklinis antibiotikų vartojimas sukelia aplinkos spaudimą mikroorganizmams, dėl kurio bakterijos per sąlyginai trumpą laiką įgyja atsparumą naujiems cheminiams junginiams ir taip nuginkluoja žmoniją.

Gamtoje evoliucinės ginklavimosi varžybos tarp aukštesniųjų, daugialąsčių organizmų vyksta kur kas platesnėje laiko skalėje – anatominių prisitaikymų prie kintančių aplinkos sąlygų atsiradimas neįvyksta per dešimt ar dvidešimt metų – tam prireikia dešimčių ar net šimtų tūkstančių metų. Bombožygių (lot. Brachinini) genčiai priklausančių vabalų apsaugos nuo grobuonių priemonė – vienas įstabiausių evoliucinių ginklavimosi varžybų rezultatų.

1840 m. Londone išleistoje anglų entomologo, Oksfordo universiteto profesoriaus J.O.Westwoodo knygoje, skirtoje vabzdžių klasifikacijai, detaliai aprašytas anglų keliautojo ir gamtininko Williamo Johno Burchello atsiminimas iš ekspedicijos į Pietų Ameriką. Nakčiai apsistojęs didelės Pietų Amerikos upės pakrantėje W.J.Burchellas, lydimas jauno tarno, išsiruošė paieškoti geresnės vietos, iš kurios būtų galima stebėti žvaigždes. Keliaujant jų dėmesį atkreipė didelis skaičius bombožygių, o ėmus juos plikomis rankomis gaudyti vabzdžių kolekcijai W.J.Burchellas ir jo tarnas buvo apdeginti šių vabalų išskyrų. Žymės ant odos, kaip rašoma J.O.Westwoodo knygoje, išliko ilgai. Pirmą kartą išvydęs vabzdžių išskiriamus garų debesėlius jaunasis tarnas iš nuostabos sušuko: „O! Pone, jie leidžia dūmus!“

Bombožygiai, pajutę gresiantį pavojų, iš pilvelio gale esančios angos lyg iš vandens patrankos vamzdžio plėšrūno kryptimi, apie 10 m/s greičiu, pliūpsniais iššvirkščia vandeninį dirginančių cheminių medžiagų tirpalą, kurio temperatūra gali siekti net 100°C! Nepaisant fakto, kad tokia neįprasta bombožygių apsaugos nuo plėšrūnų priemonė pirmą kartą Stokholmo mokslo akademijos leidinyje paminėta dar 1750 m., tik XX a. antrojoje pusėje nustatyta vabalo viduje vykstanti sprogstamoji cheminė reakcija. Be to, tik prieš metus paaiškinta srovės pulsavimo priežastis, kai mokslininkai iš Masačusetso technologijų instituto publikavo straipsnį prestižiniame mokslo žurnale „Science“. Atrodo, kad šimtmečių kelionė į bombožygio vidų aiškinantis neįprastos artilerinės gynybos paslaptis verta Jules'o Verne'o romano.

Bombožygio pilvelio užpakalinėje dalyje išsidėsčiusi porinė liaukų sistema, sudaryta iš liaukinių skilčių, surenkamojo vamzdelio, rezervuaro ir reakcijos kameros. Liaukinių skilčių ląstelės gamina ir į mikroskopinius kanalus išskiria vandenilio peroksido bei hidrochinonų mišinį. Vandeninis šių junginių tirpalas surenkamuoju vamzdeliu, kuris susipynęs su vabalo kvėpavimo sistemai priklausančiomis trachėjomis bei šalinimo sistemai priklausančiais Malpigijaus vamzdeliais, patenka į rezervuarą, išoriškai panašų į kalvio dumples. Rezervuaras atlieka cheminių medžiagų saugyklos vaidmenį. Nustatyta, kad bombožygio rezervuare kaupiamas 25 proc. vandenilio peroksido ir 10 proc. hidrochinonų mišinys. Palyginimui: vaistinėse žaizdoms dezinfekuoti dažniausiai parduodamas 3 proc. vandenilio peroksido tirpalas.

Rezervuarą nuo reakcijos kameros skiria vienpusio pralaidumo vožtuvas, kurio atsidarymą ir užsidarymą valdo raumeninis audinys. Raumeninės skaidulos taip pat juosia dumples. Kai bombožygis pajunta gresiantį pavojų, elektrinės prigimties signalas neuronais pasiekia raumenines ląsteles ir sukelia susitraukimą. Susitraukus rezervuarą dengiančioms raumeninėms skaiduloms skystis pro vožtuvą išstumiamas į piltuvo formos reakcijos kamerą, kurioje įvyksta sprogimas.

Reakcijos kameros sienelė sudaryta iš kutikulės – tvirto chitino, baltymų ir vaško kompozito, kuris užtikrina, kad kamera atlaikys viduje susidariusį slėgį, o sprogimo metu nebus pažeisti bombožygio vidaus organai. Sprogstamosios cheminės reakcijos metu išsiskiria šiluma, reakcijos kameroje susidaręs deguonis ir vandens garai sukelia sąlyginai didelį slėgį į kameros sieneles – bombožygis iš pilvelio angos išpurškia karštą dirginančių medžiagų (p-benzochinonų) mišinį. Be to, čiurkšlę palydi charakteringi pokštelėjimai.

Natūraliai kyla klausimas: kodėl reakcijos mišinys gali būti paromis saugiai laikomas rezervuare, tačiau patekęs į reakcijos kamerą tuoj pat sprogsta ir virsta reakcijos produktais, kuriuos bombožygis panaudoja kaip apsaugos priemonę? Nustatyta, kad šilumą atpalaiduojančią vandenilio peroksido skilimo reakciją kameroje greitina savitasis biologinis katalizatorius – fermentas katalazė. Tas pats fermentas atsakingas už medicininio vandenilio peroksido tirpalo putojimą dezinfekuojant žaizdas. Katalazę sintetina ir į reakcijos kamerą išskiria specializuotos ląstelės, dengiančios vidinį kameros paviršių. Žinoma, kad katalazė per sekundę gali pagreitinti iki 40 mln. vandenilio peroksido molekulių skilimą į vandens ir deguonies molekules! Reakcijos metu išsiskyręs deguonis oksiduoja hidrochinoną iki dirginančiomis savybės pasižyminčio p-benzochinono, kuris kartu su vandens garais iššvirkščiamas plėšrūno kryptimi.

Nariuotakojo apsaugos sistema nebūtų veiksminga, jei čiurkšlė skrietų atsitiktine kryptimi. Žinoma, kad bombožygio pilvelio viršūnėlė pasižymi dideliu judrumu, o prie pat egzoskeleto paviršiaus išėjimo kanalo sienelė suformuoja chitino darinį – reflektoriaus plokšteles, nuo kurių atsimuša iš reakcijos kameros išėjęs skysčio lašelių ir garų mišinys. Susitraukiant raumenims gali būti keičiama šių plokštelių padėtis erdvėje, o kartu ir čiurkšlės skriejimo trajektorija. Tokia taikymosi sistema bombožygiams padeda apsisaugoti nuo nepageidaujamų vabzdžių, dažniausiai skruzdėlių.

Gydytojas, Apšvietos epochos prancūzų materializmo mokyklos atstovas Julienas Offray de La Mettrie savo traktate „L'homme Machine“ gyvūnus, įskaitant ir žmogų, lygino su ypač sudėtingomis mašinomis, kurios pačios užsuka  spyruokles. Šiuo metu žinome, kad gyvybė yra fizikinis ir cheminis reiškinys, o gyvuosiuose organizmuose vykstančius procesus valdo tokie patys dėsniai, kokie veikia negyvojoje gamtoje. Bombožygis yra puikus to pavyzdys: nesudėtingais mechanikos, idealiųjų dujų, termodinamikos dėsniais bei cheminių reakcijų katalizės principais galima paaiškinti neįprastą gamtos reiškinį. Atrodo, J.O.de La Mettrie neklydo.

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.