X射線成像技術揭示放屁蟲的「化學武器」的作用機制/圖

　　X射線成像技術揭示放屁蟲的「化學武器」的作用機制

　　

　　甲蟲中的一些種類能夠在受到威脅時從腹部末端放出高溫有刺激性的噴霧，因此得名「放屁蟲」。近日，來自美國的研究人員利用同步輻射X射線成像技術，成功揭示了放屁蟲的「化學武器」的具體作用機理。人們此前已經知道，放屁中用於發射刺激性噴霧的腺體包括了貯存腔、反應腔和發射孔道等幾個部分。事先儲存在貯存腔中的液體包括含有約25%過氧化氫和10%對苯二酚的水溶液和一些烷烴。當放屁蟲需要發射刺激性噴霧時，這些液體進入反應腔，在其中中的酶的作用下生成具有刺激性的對苯醌，同時放出氧氣。反應產生的大量的熱隨即使得水汽化，大量氣體的產生導致爆炸的發生，隨後這些氣體和液體被排出體外。但由於觀測手段的限制，人們始終未能進一步了解這些器官是如何相互作用的。利用每秒鐘可以獲取高達2000幀圖片的同步輻射X射線成像技術，來自美國的研究人員對放屁蟲發射刺激性氣霧的過程進行了實時觀測。結果表明，放屁蟲通過一套高效的機制來產生「化學武器」。當需要釋放刺激性噴霧時，貯存腔的肌肉首先收縮，向反應腔輸送液體，將貯存腔和反應腔隔開的瓣膜也同時打開，使得液體進入反應腔。由於反應產生大量氣體，反應腔內壓強驟升，這使得位於貯存腔和反應腔之間的瓣膜重新關閉，同時發射孔道末端打開，將噴霧排出體外。噴霧被釋放后，反應腔內氣壓下降，導致發射孔道末端關閉的同時使得隔開貯存腔和反應腔的隔膜重新打開，於是液體再次進入反應腔，產生新一輪反應。通過這樣的循環，放屁蟲就可以持續不斷地噴射有刺激性的氣霧。

　　

　　放屁蟲發射刺激性氣霧的過程以及對應的X光照片：A: 未釋放噴霧時的腺體；B: 存儲在貯存腔中的液體通過打開的瓣膜進入反應腔，反應產生的大量氣體和蒸汽造成爆炸；C:升高的氣壓使得瓣膜關閉，發射孔道末端打開，噴霧被排除體外；D: 噴霧排出后，氣壓下降，發射孔道末端關閉，與此同時瓣膜重新打開，液體再次進入反應腔引發反應；E: 經過多次C-D的循環后，放屁蟲停止釋放噴霧