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宣威市合盛渔业有限公司庞巴迪甲虫如何产生爆炸性化学射流

2020-03-22 21:28运营 人已围观

简介----- 316 庞巴迪甲虫如何产生爆炸性化学射流 庞巴迪甲虫会喷出一种叫做苯醌的液体,它们会过热并以强烈的脉动射流排出 甲虫使用的爆炸机制所产生的喷雾比使用该液体的其他昆虫的...

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316

庞巴迪甲虫如何产生爆炸性化学射流

庞巴迪甲虫会喷出一种叫做苯醌的液体,它们会过热并以强烈的脉动射流排出

甲虫使用的爆炸机制所产生的喷雾比使用该液体的其他昆虫的喷雾要热得多,并且推动该喷射的速度快了五倍

麻省理工学院最新发表的研究报告揭示了庞巴迪甲虫如何使液体过热并以强烈的脉动射流将其排出作为防御机制

除南极洲以外的所有大陆上都有庞巴迪甲虫,生活非常轻松

由于一种特别有效的防御机制,几乎没有其他动物会捕食它们:当甲虫受到干扰或攻击时,其腹部会产生内部化学爆炸,然后向攻击者喷出沸腾的刺激性液体

半英寸的甲虫产生这种有毒喷雾同时避免任何物理伤害的能力使研究人员感到困惑

但是现在,由于麻省理工学院,亚利桑那大学和布鲁克海文国家实验室的团队的研究,这个难题已得到解决

研究结果于本周发表在麻省理工学院研究生eric arndt,材料科学与工程学教授christine ortiz,布鲁克海文国家实验室的wah-keat lee和亚利桑那大学的wendy moore的《科学》杂志上

阿恩特说,它们的防御机制非常有效,使庞巴迪甲虫对大多数脊椎动物和无脊椎动物均无害,只有少数非常专门的捕食者已开发出针对有害喷雾的对策

这些甲虫喷出的液体称为苯醌,实际上是昆虫中相当普遍的防御剂,阿恩特说

但是庞巴迪甲虫的独特之处在于它们能够使液体过热并在强烈的脉动喷射中将其排出

关键是它们在使用时即合成化学药品,将两种化学前驱物混合在其后部的保护室内

当这些物质结合形成刺激物时,它们还会散发出强烈的热量,使液体几乎达到沸点,并在此过程中产生将其以射流排出的压力

了解庞巴迪甲虫如何引爆体内的小爆炸,以产生烫伤的防御性喷雾

看到活着的甲虫

新宝6登录网址 ortiz说,几十年来,人们一直不了解庞巴迪甲虫如何通过化学防御实现喷雾脉动的复杂机制,因为以前仅使用了外部观察

在当前的研究中,研究人员使用高速同步加速器x射线成像技术来观察爆炸过程中活的庞巴迪甲虫的腹部

他们使用阿贡国家实验室(argonne national laboratory)的设施进行实验并生成详细的图像,该图像首次揭示了该过程的工作原理,并通过摄像头以每秒2,000帧的速度记录了动作

爆炸的x射线图像显示了甲虫腹部内的蒸气动力学

他们表明,喷雾脉动是由两个内部腔室之间的通道控制的

有两个结构控制该过程:柔性膜和阀门

容纳前体液体的腔室和爆炸腔室之间的该通道的打开和关闭似乎是被动进行的;爆炸过程中压力的增加会使膜膨胀,从而关闭阀门

然后,在喷射液体时释放压力后,膜会松弛回到其原始状态,通道重新打开,从而形成下一个脉冲

这一切发生得如此之快,更不用说在昆虫内部,因此从未直接观察到该过程

庞巴迪甲虫使用的爆炸机制产生的喷雾不仅比使用相同化学刺激剂的其他昆虫所发射的喷雾更热,而且还可以使喷射速度加快五倍

阿恩特说,速度和热量都可以使喷雾更加有效地对抗潜在的掠食者

arndt说,喷雾的脉冲性质可以帮助保护甲虫反应室的结构,在下一个脉冲之前留出一定的时间使室壁冷却一点

了解甲虫在这些强烈的内部爆炸中生存的能力可能有助于设计防爆系统

ortiz说,这项研究表明了该系统复杂而专业的生物设计如何同时实现防御和保护功能

例如,反应室具有刚性的加强结构,可最大程度地减少拉伸,并在爆炸过程中维持温度的升高,而其他组件则允许进行可控制的,可逆的拉伸和移动,以控制流体的喷射

研究人员说,喷雾产生的动力学特性也可能为推进系统的设计提供有用的信息

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克利夫兰州立大学生物学教授r. jeffrey dean研究了庞巴迪甲虫的防御机制,他说,这项新研究很好地证实了其团队首先提出的定性无源脉冲射流模型

他补充说,尽管研究结果并非意外,但林对技术的不断进步感到惊讶

这项研究得到了能源部,国防部通过美国陆军研究办公室,美国国家安全科学与工程学院奖学金以及美国国家科学基金会的支持

出版物:eric m. arndt等人,《庞巴迪甲虫(brachinini)爆炸引起的防御性喷雾脉动的机理起源》,《科学》,2015年5月1日,第1卷

348号 6234页563-567;

pdf的研究副本:庞巴迪甲虫(brachinini)爆炸引起的防御性喷雾脉冲的机械起源

宣威市合盛渔业有限公司综合报道

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