Escarabajo bombardero

Los escarabajos bombarderos son escarabajos terrestres (Carabidae) de las tribus Brachinini, Paussini, Ozaenini o Metriini, más de 500 especies en total, que se destacan por el mecanismo de defensa que les da su nombre: cuando se les molesta, expulsan un rocío químico caliente y nocivo desde la punta del abdomen con un chasquido.

El spray se produce a partir de una reacción entre dos compuestos químicos hipergólicos, la hidroquinona y el peróxido de hidrógeno, que se almacenan en dos depósitos en el abdomen del escarabajo. Cuando la solución acuosa de hidroquinonas y peróxido de hidrógeno alcanza el "vestíbulo" (palabra de Eisner), los catalizadores facilitan la descomposición del peróxido de hidrógeno y la oxidación de la hidroquinona. El calor de la reacción acerca la mezcla al punto de ebullición del agua y produce gas que impulsa la eyección. El daño causado puede ser fatal para los insectos atacantes. Algunos escarabajos bombarderos pueden dirigir el rocío en una amplia gama de direcciones.

Algunos creacionistas afirman que el inusual mecanismo de defensa del escarabajo es un ejemplo de lo que llaman complejidad irreducible, aunque esto es refutado por los biólogos evolutivos.

Hábitat

Escarabajo bombardero australianoPheropsophus verticalis)

Los escarabajos bombarderos habitan en todos los continentes. Por lo general, viven en bosques o pastizales en las zonas templadas, pero se pueden encontrar en otros ambientes si hay lugares húmedos para poner sus huevos.

Comportamiento

La mayoría de las especies de escarabajos bombarderos son carnívoras, incluida la larva. El escarabajo generalmente caza de noche otros insectos, pero a menudo se congregará con otros de su especie cuando no esté buscando comida activamente.

Anatomía

Hay dos glándulas grandes que se abren en la punta del abdomen. Cada glándula está compuesta por un vestíbulo de paredes gruesas que contiene una mezcla de catalasas y peroxidasas producidas por las células secretoras que recubren el vestíbulo. Ambas glándulas también están formadas por un depósito comprimible de paredes delgadas que contiene una solución acuosa de hidroquinonas y peróxido de hidrógeno.

Mecanismo de defensa

Cuando el escarabajo se siente amenazado, abre una válvula que permite que la solución acuosa del reservorio llegue al vestíbulo. Las catalasas que recubren la pared del vestíbulo facilitan la descomposición del peróxido de hidrógeno, como en la siguiente reacción teórica:

H2O(l) + 1/2O2(g)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">H2O2()aq)restablecimiento restablecimiento H2O()l)+12O2()g){displaystyle {ce {H2O2(aq) - Confía H2O(l) + 1/2O2(g)}} H2O(l) + 1/2O2(g)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80499fd117a91d8d84e38259ef2ca94be230a9b6" style="vertical-align: -1.171ex; width:32.349ex; height:3.509ex;"/>

Las enzimas peroxidasa facilitan la oxidación de las hidroquinonas en quinonas (benceno-1,4-diol en 1,4-benzoquinona y análoga para metil hidroquinona), como en la siguiente reacción teórica:

C6H4O2(aq) + H2(g)}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">C6H4()Oh.)2()aq)restablecimiento restablecimiento C6H4O2()aq)+H2()g){displaystyle {ce {C6H4(OH)2(aq) - titulada C6H4O2(aq) + H2(g)}} C6H4O2(aq) + H2(g)}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3ff2e14780c88d3cbf03ffcc7bfaaf5e1b97c9c7" style="vertical-align: -1.005ex; width:42.44ex; height:3.009ex;"/>

La reacción neta conocida, que explica la reacción teórica de la H2()g){displaystyle {ce {}}}} y 12O2()g){displaystyle {ce {fnMi2(g)}} productos de las reacciones anteriores, es:

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Benzoquinone

Esta reacción es muy exotérmica y la energía liberada eleva la temperatura de la mezcla a casi 100 °C, vaporizándose alrededor de una quinta parte. La acumulación de presión resultante obliga a cerrar las válvulas de entrada de las cámaras de almacenamiento de reactivos, protegiendo así los órganos internos del escarabajo. El líquido hirviendo y maloliente es expulsado violentamente a través de una válvula de salida, con un fuerte chasquido. Los escarabajos' Las glándulas almacenan suficiente hidroquinona y peróxido de hidrógeno para permitir que el escarabajo libere su spray químico unas 20 veces. En algunos casos esto es suficiente para matar a un depredador. El componente principal del spray para escarabajos es la 1,4-benzoquinona, un irritante para los ojos y el sistema respiratorio de los vertebrados.

El flujo de reactivos hacia la cámara de reacción y la posterior expulsión se producen en una serie de unos 70 pulsos, a una velocidad de unos 500 pulsos por segundo. Toda la secuencia de eventos toma sólo una fracción de segundo. Estas pulsaciones son causadas por microexplosiones repetidas que son el resultado de la presión continua sobre el depósito y la apertura y cierre oscilatorio de la válvula que controla el acceso a la cámara de reacción. Este mecanismo pulsado es beneficioso para los escarabajos' supervivencia porque el sistema usa presión en lugar de músculos para expulsar el rocío a una velocidad constante, ahorrando energía al escarabajo. Además, la reintroducción de nuevos reactivos en el vestíbulo donde se almacenan las enzimas reduce la temperatura de la cámara, protegiendo así a las peroxidasas y catalasas de la desnaturalización térmica.

Normalmente, el escarabajo gira su cuerpo para dirigir el chorro hacia lo que desencadenó la respuesta. Las aberturas de las glándulas de algunos escarabajos bombarderos africanos pueden girar 270 ° y empujar entre las patas del insecto, descargando el fluido en una amplia gama de direcciones con una precisión considerable.

Evolución del mecanismo de defensa

Se desconoce la historia evolutiva completa del mecanismo de defensa único del escarabajo, pero los biólogos han demostrado que el sistema podría haber evolucionado a partir de las defensas encontradas en otros escarabajos en pasos incrementales por selección natural. Específicamente, los químicos de quinona son un precursor de la esclerotina, una sustancia pardusca producida por escarabajos y otros insectos para endurecer su exoesqueleto. Algunos escarabajos también almacenan el exceso de quinonas malolientes, incluida la hidroquinona, en pequeños sacos debajo de la piel como un disuasivo natural contra los depredadores; todos los escarabajos carábidos tienen este tipo de disposición. Algunos escarabajos también mezclan peróxido de hidrógeno, un subproducto común del metabolismo de las células, con la hidroquinona; algunas de las catalasas que existen en la mayoría de las células hacen que el proceso sea más eficiente. La reacción química produce calor y presión, y algunos escarabajos aprovechan este último para empujar los productos químicos sobre la piel; este es el caso del escarabajo Metrius contractus, que produce una secreción espumosa cuando es atacado. En el escarabajo bombardero, los músculos que evitan las fugas del depósito desarrollaron además una válvula que permite una descarga más controlada del veneno y un abdomen alargado para permitir un mejor control sobre la dirección de la descarga.

La combinación única de características del mecanismo de defensa del escarabajo bombardero (reacciones fuertemente exotérmicas, fluidos hirviendo y liberación explosiva) ha sido afirmada por creacionistas y defensores del diseño inteligente como un ejemplo de complejidad irreductible. Sin embargo, biólogos como el taxónomo Mark Isaak señalan que la evolución paso a paso del mecanismo podría haber ocurrido fácilmente.