znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Category:

Жуков-бомбардиров накормили дейтерированным метакрезолом и заставили стрелять

14:59 20 Июнь 2020 г.


Американские исследователи изучили биохимию защитного спрея жуков-бомбардиров Brachininae elongatulus, который разогревается до 100 градусов Цельсия, и опровергли существование единого исходного вещества для бензохинонов



Athula B. Attygalle et al./ The Science of Nature, 2020


Для каждого бензохинона потребовался свой прекурсор, при этом он может попадать в организм, как через первичную полость, так и через пищу. В экспериментах ученые вводили в жуков дейтерированный метакрезол и определяли, во что он трансформировался при выстреле. Статья опубликована в журнале The Science of Nature.

Семейство Жужелиц (Carabidae) активно использует химические средства защиты от внешних угроз. Жуки-бомбардиры (подсемейства Brachininae и Paussinae) используют их наиболее эффективно — они выстреливают из брюшных желез горячую жидкость (до 100 градусов Цельсия) с характерным хлопком. Защитные механизмы многих видов этих подсемейств уже изучены, однако у жуков вида Brachinus elongatulus остался неизученным состав защитного секрета.

Бомбардиры не хранят защитную жидкость, а смешивают химические реагенты непосредственно перед выстрелом. В основе экзотермической химической реакции лежит окисление гидрохинона перекисью водорода до бензохинона. Бензохиноны используют не только бомбардиры, например, бензохинон в своей защитной системе используют некоторые членистоногие (многоножки и сенокосцы), тараканы, уховертки и термиты. У скарабеоидных жуков (Scarabaeoidea) бензохинон может использоваться в качестве феромона.

Однако исследователи до сих пор не понимают процесс биологического синтеза бензохинонов. Существуют лишь некоторые гипотезы: некоторые ученые считают источником хинонов 1,4-гидрохинон, другие — ароматические аминокислоты (тирозин или фенилаланин), а недавние работы биохимиков показали, что бензохиноны могут образовываться в ходе многостадийной реакции конденсации ацетатов и пропионатов.

Атула Эттигейл (Athula B. Attygalle) с коллегами из Технологического института Стивенса и Университетов Калифорнии и Аризоны предположила, что источником 2-метил,1,4-бензохинон является метакрезол. Чтобы подтвердить эту гипотезу, ученые проследили за изотопным составом секрета после введения дейтерированного метакрезола в первичную полость жука-бомбардира и после добавки его в пищу. Более того, исследователи проверили возможность хранения реагентов в специальных резервуарах — для этого они перевязали основание резервуара и отделили его от реакционной камеры.

Жуков вида B. elongatulus ученые разделили на несколько групп: одной группе вводили дейтерированный прекурсор через первичную полость, вторую группу в течение нескольких недель кормили едой с этим веществом. Перед экспериментом жуков подмораживали для уменьшения их активности, а затем активировали их с помощью пинцета. У некоторых жуков ученые рассекали брюшки и экстрагировали вещества из накопительного резервуара.

С помощью газовой хроматографии ученые определили, что в защитном секрете жука-бомбардира в основном содержится 2-метил-1,4-бензохинон и 1,4-бензохинон, а также небольшие количества их производных. Чтобы узнать, какой продукт получается при введении в первичную полость дейтерированного метакрезола, ученые использовали метод масс-спектрометрии и установили, что получился дейтерированный 2-метил-1,4-бензохинон — это подтверждает возможность использования метакрезола в качестве реагента. Более того, жуки B. elongatulus показали такой же результат просто при добавлении дейтерированного метакрезола в пищу.


Образование соответствующего бензохинона из дейтерированного метакрезола
Athula B. Attygalle et al./ The Science of Nature, 2020

Биохимики провели хроматографические исследования экстракта из резервуаров и обнаружили в нем 1,4-гидрохинон и 2-метил-1,4-гидрохинон, которые в итоговом защитном секрете содержатся лишь в следовых количествах. При перевязке резервуара и ограничении доступа реагентов количество бензохинонов значительно уменьшилось. Чтобы доказать, что гидрохинон — промежуточное вещество, ученые изучили экстракт из резервуаров у жуков, питающихся дейтерированным метакрезолом. Авторы статьи обнаружили, что в экстракте содержался дейтерированный 2-метил-1,4-гидрохинон, что и подтвердило гипотезу авторов. При этом они проверили, какой продукт получится из дейтерированного 1,4-гидрохинона, и обнаружили только бензохинон.


Предполагаемый механизм участия мета-крезола
Athula B. Attygalle et al./ The Science of Nature, 2020

Таким образом, ученые выяснили, что у каждого бензохинона имеется свой прекурсор, что отрицает предыдущие предположения о едином веществе-предшественнике для всех бензохинонов. Метакрезол обладает цитотоксичными свойствами, разрушая липидную мембрану, однако жуки B. elongatulus по всей видимости имеют к нему сопротивление.

Защитный механизм жуков-бомбардиров давно интересует ученых. Пять лет назад исследователи из MIT с помощью высокоскоростной рентгеновской камеры засняли выстрел секрета жука-бомбардира. А два года назад ученые выяснили, что жуки-бомбардиры предпочитают отдыхать большими группами из-за времени перезарядки, а раздражающие свойства их спрея помогли выбраться из желудка жабы.

Артем Моськин

via
Tags: ЖУК-БОМБАРДИР, ПРИРОДА, ХИМИЯ
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments