escarabajo bombardero

Los escarabajos bombarderos son escarabajos terrestres adefagos (Carabidae) de las subfamilias Brachininae o Paussinae —más de 500 especies en total— que se caracterizan principalmente por el mecanismo de defensa que les da nombre: cuando se les molesta, expulsan un chorro químico caliente y tóxico de sus glándulas pigidiales con un sonido de estallido.

El aerosol se produce mediante una reacción catalizada entre hidroquinona y peróxido de hidrógeno , cuya solución acuosa se almacena en las glándulas pigidiales del abdomen del escarabajo . Cuando la solución llega al vestíbulo ( término acuñado por Eisner ), los catalizadores facilitan la descomposición del peróxido de hidrógeno y la oxidación de la hidroquinona. ^{[ 1 ]} El calor de la reacción eleva la mezcla hasta cerca del punto de ebullición del agua y produce un gas que impulsa la expulsión. El daño causado puede ser fatal para los insectos atacantes. Algunos escarabajos bombarderos pueden dirigir el aerosol en una amplia gama de direcciones.

Los escarabajos bombarderos habitan todos los continentes excepto la Antártida . ^{[ 2 ]} Suelen vivir en bosques o praderas en las zonas templadas, pero pueden encontrarse en otros entornos si hay lugares húmedos para depositar sus huevos.

La mayoría de las especies de escarabajos bombarderos son carnívoras , incluyendo las larvas. ^{[ 3 ]} El escarabajo suele cazar de noche otros insectos, pero a menudo se congrega con otros de su especie cuando no está buscando activamente alimento. ^{[ 4 ]}

En el extremo del abdomen se encuentran dos glándulas grandes. 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 cuentan con un reservorio compresible de paredes delgadas que contiene una solución acuosa de hidroquinonas y peróxido de hidrógeno. ^{[ 1 ]}

Las soluciones acuosas de los reactivos se almacenan en depósitos separados dentro del cuerpo del escarabajo. ^{[ 5 ]} Cuando el escarabajo se siente amenazado, abre una válvula que permite que las soluciones lleguen al vestíbulo. Las catalasas que recubren la pared del vestíbulo facilitan la descomposición del peróxido de hidrógeno, como en la siguiente reacción teórica:

2 H ₂ O ₂ (ac) → 2 H ₂ O (l) + O ₂ (g)

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

C ₆ H ₄ (OH) ₂ (aq) → C ₆ H ₄ O ₂ (aq) + H ₂ (g)

La reacción neta conocida, que además explica la reacción teórica de los productos H ₂ (g) y 1/ ₂ O ₂ (g) de las reacciones anteriores, es: ^{[ 1 ]}

C ₆ H ₄ (OH) ₂ (acuoso) + H ₂ O ₂ (acuoso) → C ₆ H ₄ O ₂ (acuoso) + 2H ₂ O (l)

Esta reacción es muy exotérmica , y la energía liberada eleva la temperatura de la mezcla a cerca de 100  °C, vaporizando aproximadamente una quinta parte de ella. La acumulación de presión resultante fuerza el cierre de 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. Las glándulas de los escarabajos almacenan suficiente hidroquinona y peróxido de hidrógeno para permitirles liberar su aerosol químico aproximadamente 20 veces. En algunos casos, esto es suficiente para matar a un depredador. ^{[ 6 ]} El componente principal del aerosol del escarabajo es la 1,4-benzoquinona, un irritante para los ojos y el sistema respiratorio de los vertebrados. Otros subproductos tóxicos que se expulsan incluyen varios ácidos, aldehídos y fenoles. ^{[ 7 ]}

El flujo de reactivos hacia la cámara de reacción y su posterior eyección se producen en una serie de aproximadamente 70 pulsos, a una frecuencia de unos 500 pulsos por segundo. Toda la secuencia de eventos puede durar tan solo una fracción de segundo. Estas pulsaciones son causadas por microexplosiones repetidas, resultado de la presión continua sobre el depósito y la apertura y cierre oscilatorios de la válvula que controla el acceso a la cámara de reacción. Este mecanismo pulsado resulta beneficioso para la supervivencia de los escarabajos, ya que el sistema utiliza la presión en lugar de los músculos para expulsar el rocío a una velocidad constante, lo que ahorra 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 las peroxidasas y catalasas de la desnaturalización térmica. ^{[ 8 ]}

Normalmente, el escarabajo gira su cuerpo para dirigir el chorro hacia aquello que desencadenó la respuesta. Las aberturas glandulares de algunos escarabajos bombarderos africanos pueden girar 270° y proyectarse entre las patas del insecto, descargando el fluido en una amplia gama de direcciones con considerable precisión. ^{[ 9 ]}

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 defensas encontradas en otros escarabajos en pasos incrementales por selección natural . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Específicamente, los químicos de quinona son un precursor de la esclerotina , una sustancia parduzca producida por escarabajos y otros insectos para endurecer su exoesqueleto . ^{[ 12 ]} Algunos escarabajos almacenan además el exceso de quinonas malolientes, incluida la hidroquinona, en pequeños sacos debajo de su 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 esta última para empujar los químicos hacia la piel; Este es el caso del escarabajo Metrius contractus , que produce una descarga espumosa cuando es atacado. ^{[ 13 ]} En el escarabajo bombardero, los músculos que impiden la fuga del reservorio 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. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

• Género Brachinus — BugGuide.net
• Hesselberg T (6 de noviembre de 2007). "Los escarabajos explosivos sugieren una nueva válvula de alivio de presión y un sistema de descarga de fluidos" . Vida de la ciencia.
• "Reclamación CB310: Evolución del escarabajo bombardero" . Archivo de TalkOrigins .
• Isaak, Mark (30 de mayo de 2003). "Los escarabajos bombarderos y el argumento del diseño" . Archivo de TalkOrigins .
• BBC (1999).'Escarabajo ojo de buey' ( Stenaptinus insignis )" . Noticias de la BBC .: 3 fotografías, 1  micrografía, 1 ilustración en blanco y negro