Современная флора и фауна
Креацентр > Статьи > Современная флора и фауна > Тайна стреляющего жука

Тайна стреляющего жука

Когда доктор Энди Макинтош исследовал жука-бомбардира, он обнаружил впечатляющее доказательство Божьего сложного дизайна.

В 1903 году братья Райт преуспели в управляемом полете, потому что они задали правильный вопрос: «Как птицы используют свои крылья?» Стив Джобс, основатель компании Apple, задумался, как мы сможем держать компьютер на ладони. Он преуспел с iPhone, потому что задал правильный вопрос.

История знает очень много инженеров, которые задали правильный вопрос. От самолетов до смартфонов, мы не смогли б представить свою жизнь без этих современных изобретений. Хотя имена и технологии, описанные выше, могут быть вам знакомы, наша история связана с тем, кого вы, возможно, не знаете, — доктором Энди Макинтошем (Dr. Andy McIntosh). И тайна, которую он пытается разгадать, гораздо меньше, чем самолеты или смартфоны.

Энди провел более 40 лет в области термодинамики и инженерии. В течение почти 20 из этих лет он сосредоточил свое внимание на маленьком насекомом, чьи взрывные тенденции вдохновили захватывающие исследования и открытия, все указывающие на Создателя.

Как такое может быть?


Доктор Энди Макинтош

Как инженер, доктор Энди Макинтош изучает жука-бомбардира с уникальной перспективы.

Небольшой, казалось бы,  инцидент в 2001 году изменил жизнь Энди. Он сидел в своем кабинете в Лидском университете в Англии, где он проводил исследования в течение 15 лет (и будет продолжать еще десять лет). Читая экземпляр «Труды академии естественных наук» (Proceedings of the Natural Academy of Sciences), он обратил внимание на статью о жуке-бомбардире, насекомом, которое выпрыскивает из своей задней части  кипящую воду и химические вещества.

Глядеть на фотографии жука, выстреливающего химикаты из своего хвоста, большинство из нас может всего несколько минут, но не Энди. Человек с докторской степенью по теории горения не смотрит на мир так, как мы. Он знал, что в этой истории должно быть что-то еще.

Биологи знали о жуке еще с начала 1800-х годов, когда были опубликованы первые сообщения о жуках, стреляющих, как «артиллерия». Позже, в 1960-1970-е годы, ведущий мировой эксперт по жукам-бомбардирам, энтомолог Томас Эйснер (Thomas Eisner), сделал несколько захватывающих открытий о сложной химии жука, но осталось много загадок.

Что привлекло внимание Энди в новом отчете, так это очевидное свидетельство сгорания, его область знаний: происходит что-то удивительное для насекомого, чтобы вызвать серию взрывов, а затем расстрелять своих врагов как из пулемета.

Энди не интересовался жуком-бомбардиром, как мог бы заинтересоваться биолог. Он интересовался техникой и физикой. Как те, кто верит в сотворение мира, мы знаем, что Бог создал эту сложную химическую систему (что включает в себя специализированные химические вещества, которые ускоряют реакцию), а также камеру сгорания, подвижный кончик брюшка, как выхлопная башня (более универсальная, чем танковая башня), впускные и выпускные клапаны и сенсорный механизм, чтобы определить, в каком направлении может начаться атака. Энди задался вопросом, возможно ли, что Бог-Конструктор внедрил какие-то уникальные инженерные решения для миниатюрных взрывов, которые человеческая промышленность могла бы перенять и имитировать (биомимикрия) для нашего блага.

Возможно, мы и не знаем назначения взрывной струи в идеальном мире до грехопадения Адама, но Энди хотел узнать больше об инженерных особенностях. Он посетил биологический факультет своего университета, чтобы узнать, не заинтересуется ли кто-нибудь еще механикой уникальной системы оружия этого жука.

К его удивлению, один из биологов не только не проявил интереса, но и поинтересовался, зачем Энди это понадобилось: «А что ты надеешься узнать, ведь жук все еще эволюционирует?»

Отсутствие любопытства потрясло Энди. «Меня интересует, как все устроено. Поскольку я знал, что главный Конструктор проектировал животных, я ожидал открыть новые идеи в области горения и инженерии. Вместо того чтобы быть помехой, моя вера в Божье творение открыла новую область исследований. Именно потому, что я верил в сотворение мира, я был побужден задавать правильные вопросы».

Он обратился к автору статьи «Жук-бомбардир» доктору Эйснеру, работавшему в Корнельском университете. Энди не предполагал, какие это решение откроет двери для крупных исследований, которые продолжаются и по сей день, включая новые открытия и патенты.

Работа начинается

Около шести лет Энди работал вместе с Эйснером в его лаборатории Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк. У Эйснера был доступ к электронным микроскопам, которые могли делать детальные снимки внутренних органов жука. Энди до сих пор помнит тот момент с лампочкой, который у него был во время визита к Эйснеру в марте 2004 года.

Биологам давно известно, что у жука есть впускной клапан, регулирующий поступление химических веществ в реакторную камеру, где происходит взрыв. Но загадка заключалась в том, что химические вещества не производят в природе такого сильного взрыва, как взрыв, запечатленный на снимках Эйснера. Струя пара и ядовитых химических веществ (бензохиноны) многократно выстреливает через сопла со скоростью до 65 футов (20 м) в секунду.

Затем в беседе с Эйснером в его лаборатории Энди открыл секрет. Когда Эйснер показал ему снимки анатомии жука в сканирующем электронном микроскопе, Энди понял, что у жука есть еще один клапан на выходе. Если жук сможет держать камеру закрытой достаточно долго, давление будет расти без превращения воды в пар (что-то вроде скороварки).

Вот она находится там, где была все это время — мембрана, служившая выпускным клапаном. Но раньше никто не понимал ее функции. Под микроскопом она обычно вялая, как сдутый воздушный шарик. До этого момента даже Эйснер не думал, что это клапан. Но, увидев детальное изображение, Эйснер согласился, что мембрана функционирует именно таким образом. Итак, Энди обнаружил, что бластер жука — это двухклапанная система, а не одноклапанная, «образец изысканной техники», как он выразился.

Другой недостающей частью головоломки было то, может ли особый вид взрыва, называемый паровым взрывом, объяснить быстрое выбрасывание брызг, которые обнаружил Эйснер. Чтобы найти этот ответ, Энди нужно было точно определить природу смеси, которую выпустил жук. Сколько в ней было пара, а сколько жидкой воды и ядовитых химикатов?

Основной химический коктейль жука давно известен: перекись водорода и гидрохинон. И ученые знают, что эти химические вещества не реагируют без катализатора (вещества, которое ускоряет химическую реакцию). У жука есть эти катализаторы в изобилии: каталаза и пероксидаза. Но какое количество  превратится в пар, прежде чем смесь выйдет в виде взрывного аэрозоля?

Вот тут-то и пригодились инженерные способности Энди, но ему нужна была помощь того, кто мог бы заниматься современным компьютерным моделированием. Поэтому он подал заявку на грант, чтобы нанять помощника, и, к его радости, грант был одобрен. Разработчик компьютерного моделирования проанализировал, что должно произойти, если выпускной клапан открывается на 1,1 бар (1 бар — это атмосферное давление на уровне моря). При таком давлении вода достигнет 221 ° F (105°C) без кипячения. (Вода обычно кипит при 212°F [100°C].) Когда смесь под таким давлением внезапно высвобождается, вода мгновенно превращается в пар при так называемом мгновенном испарении.

В компьютерной модели паровой взрыв привел в движение комбинацию воды и пара всего за две тысячные секунды. При такой скорости аэрозоль будет выбрасывать около 500 циклов в секунду — именно это Эйснер обнаружил в своих экспериментальных наблюдениях. Итак, Энди и его помощник знали, что компьютер правильно смоделировал взрыв насекомого.

Жук-бомбардир в любом климате и месте

Около 1000 известных видов жуков-бомбардиров бывают всех форм и цветов, с множеством арсеналов. Они встречаются скоплениями под скалами на всех континентах, кроме Антарктиды. Жуки-бомбардиры делятся на две подсемейства: «взрывающиеся» и «невзрывающиеся».

«Взрывающиеся» жуки-бомбардиры (Brachininae, более 500 видов)

Эти обычные жуки производят точно направленные брызги, выстреливаемые через подвижный кончик брюшка на их задней части. Это самые известные и изученные жуки-бомбардиры.

«Невзрывающиеся» жуки-бомбардиры (Paussinae, около 400 видов)

Эти виды жуков выпускают свои горячие химикаты через две задние трубы (flanges), торчащие по бокам. Химикаты не взрываются и обычно выходят в виде брызг.


Имитируя бластер жука

Энди и его партнер опубликовали технический документ и поделились своими удивительными выводами на конференции. Заинтригованный их работой, предприниматель из аудитории предложил продолжить финансирование исследований, если они будут готовы построить экспериментальную установку, имитирующую действия жука. Особый интерес предпринимателя вызывала биомимикрия, и он верил, что Энди и его команда смогут изобрести новую технологию, если продвинутся в своих исследованиях еще на шаг вперед.

Энди был в восторге, но ему нужна была помощь. Он был инженером-теоретиком, более привычным к математическим вычислениям на доске. Он объясняет: «Я никогда раньше ничего не строил, но у нас были блестящие сотрудники в инженерном отделе, которые могли как проектировать, так и создавать прототипы».

Команда Энди принялась за работу. Их целью было построить двухклапанную систему доставки. Основная цель состояла в том, чтобы продемонстрировать, как работает система распыления. Они также рассмотрели эффекты изменения давления, времени распыления, пройденного расстояния и размера капель брызг. Их цель состояла в том, чтобы создать машину, которая послала бы взрывчатую струю так далеко, как это делает сам жук, и со временем они добились успеха.

В отличие от пассивной клапанной системы жука-бомбардира, которая автоматически открывается и закрывается, когда давление достигает определенной точки, установка Энди использует передовые электронные клапаны, которые компьютер открывает и закрывает по команде.

Их экспериментальная камера была около 1 дюйма (2 см) длиной, в 20 раз больше, чем реакторная камера жука (которая составляет всего 5 сотых дюйма [1 мм]). Жук может распылять на расстояние в 200 раз больше длины своей камеры, легко поражая соседнего муравья на лесной подстилке. Энди и его команда были в восторге, когда их установка могла распылять в 200 раз больше своего размера — 13 футов (4 м) через всю комнату.

Фото SATOSHI KURIBAYASHI/MINDEN PICTURES

Жук-бомбардир (Pheropsophus jessoensis) защищает себя, выбрасывая ядовитый химический спрей.


В 2010 году Энди и его партнер по лаборатории получили престижную премию Times Higher Education за выдающийся вклад в инновации и технологии в Лондоне.

Энди все еще ищет возможные применения в промышленности и имеет три патента на три основные области применения этого изобретения: форсунки для присадок к топливу в двигателях (для более эффективного сжигания), фармацевтические спреи и огнетушители.

Теперь, когда Энди вышел на пенсию, он работает со студентами в США на инженерном факультете университета Либерти, чтобы разработать систему противопожарной защиты, которая могла бы лучше защитить пожарных во время лесного пожара. План Энди состоит в том, чтобы разработать рюкзаки, наполненные водой, которые могли бы стрелять паром и водяными брызгами до 50 футов (15 м).

Неупрощаемая сложность

Еще в 1970-х годах креационисты взяли жука-бомбардира как главный пример неупрощаемой сложности, еще до того, как доктор Майкл Бихи изобрел этот термин в своей книге 1996 года «Черный ящик Дарвина». Это относится к системе, в которой все части должны присутствовать и работать вместе, иначе система выходит из строя. Точно так же, как мышеловка не захлопнется, если все части не будут работать вместе, этот жук не сможет выстрелить в хищников, если все его части не присутствуют и не работают вместе.

Эволюционисты пытаются доказать, что каждая отдельная часть может быть построена поэтапно, но они должны показать, как каждый из химических элементов дает преимущество сам по себе. Однако перекись водорода и гидрохинон не могут быть использованы в качестве взрывчатых веществ без катализаторов (пероксидазы и каталазы), которые помогают химическим реагентам работать достаточно быстро.

Известный атеист Ричард Докинз насмехался с креационистов еще в 1980-х и 1990-х годах за популяризацию жука-бомбардира (как он делает это и сегодня). В своей лекции для детей в 1991 году он заявил, что жук-бомбардир мог бы легко эволюционировать, постепенно добавляя все больше и больше перекиси водорода. Это может привести к еще большим взрывам. Но он отложил гидрохинон, сказав, что это неважно. И, конечно же, перекись водорода может быть взрывоопасной в небольших количествах и с правильным катализатором.

Но при этом Докинз не смог объяснить химию жука. Каталитическая реакция гидрохинона критически важна для эффективного взрыва. Никто не показал, как эта система может развиваться медленно. Химия сложна, но вот основные принципы: разрушение гидрохинона приводит к образованию водорода, который затем соединяется с кислородом из перекиси водорода, чтобы произвести направленный паровой выстрел.

Энди заключает: «Во всех отношениях жук-бомбардир — это неупрощаемо сложная система, потому что система не будет работать, если у вас нет правильной химии, правильных катализаторов, правильного впускного клапана и правильного выпускного клапана. Не говоря уже о том, что реакторная камера должна быть там с самого начала, иначе жук разнесет сам себя на куски».

Наблюдая жуков-бомбардиров в действии в течение почти 20 лет, Энди знает, что они являются одним из самых очевидных примеров неупрощаемой сложности во всей природе.

На самом деле, бластер жука-бомбардира настолько сложен в том, как он чувствует и реагирует на опасность, производя химические вещества по требованию, что ученые до сих пор не до конца понимают, как работают все его части. Например, они хотели бы узнать, как этот жук производит перекись водорода. Если бы они смогли это выяснить, это могло бы привести к недорогому производству этого важного химического вещества, которое можно найти в аптечках, красках для волос и военных ракетах.

Вера Энди в сотворение мира и Библию не только не мешала ему, но и помогала решать проблемы, о которых никто другой не думал, потому что он задавал правильные вопросы.

«Когда вы смотрите на биологию и природу глазами верующих в Библию, вы видите вещи, которые биологи, руководствующиеся эволюционным мышлением, часто не видят. Моя вера в перспективу творения открыла совершенно новую область исследований».

Неправдоподобное оружие

Жаба, ищущая полдник, замечает жука, сидящего на листе. Но прежде чем она успевает высунуть свой длинный липкий язык, она покрывается облаком обжигающих ядовитых химических брызг. Жаба только что столкнулась с жуком-бомбардиром.

В природе нет ничего подобного, и любой здравомыслящий человек знает, что крошечный жук размером меньше дюйма никогда не сможет случайно произвести направленный выстрел. Это говорит в пользу разумного Творца.

Все детали должны были работать с самого начала, а не быть продуктом поэтапного строительства. Как мышеловка не будет работать, если все части не работают вместе, то же самое относится и к этому высшему примеру неупрощаемой сложности. На самом деле бластер жука-бомбардира настолько сложен, что ученые до сих пор не до конца понимают, как работают все его части.

1: химическое производство

Жуки-бомбардиры уникальны своей способностью перегревать жидкость и выбрасывать ее интенсивной пульсирующей струей. Она начинается с двух химических веществ, перекиси водорода и гидрохинона, которые вырабатываются в секреторной части и хранятся в резервуаре. Химики до сих пор не выяснили, как насекомое вырабатывает перекись водорода, которая очень нестабильна.

2: подвижная башенка

Жук может направить кончик своего брюшка в любом направлении, посылая повторяющиеся струи пара через сопла до ошеломляющих 65 футов (20 м) в секунду. Ученые до сих пор не знают в полной мере, как работает эта «башня».

3: реакторная камера

Два основных химических вещества не вступают в реакцию, если только в реакторной камере нет двух других химических веществ, известных как катализаторы. Каким образом жук производит и хранит эти катализаторы, до сих пор остается загадкой. Внутренняя поверхность камеры рассчитана на выдерживание температур кипения, полученных в результате реакции (221 ° F или 105°C).

Поток и направление химических веществ должны контролироваться системой клапанов в два этапа. Когда жук готов выстрелить, впускной клапан сначала открывается, позволяя реактивам войти в камеру. Как только камера заполнена и химикаты вступают в реакцию, давление сжимает входной клапан, закрывая его. В то же время растущее тепло и давление вынуждают выпускной клапан открыться. После выброса каждого выстрела горячей жидкости, давление падает и клапан закрывается.

Фактический размер

(менее 1 дюйма)


368-735 взрывов в секунду

Брызги не непрерывны. Вместо этого жук выпускает несколько очередей подряд, что предохраняет реакционную камеру от перегрева.

221°F (105°С)

Средняя температура химических веществ при выделении. Поскольку химические вещества находятся под давлением, температура выше, чем температура кипения воды 212°F (100° С).

Взрывной коктейль

Два обычных химических вещества производят кипящий спрей жука. Но им нужен дополнительный толчок, чтобы взорваться.

Перекись водорода

Этот химикат (H2O2) обычно хранится в аптечках для очистки ран. В реакционной камере жука катализатор (называемый каталазой) расщепляет перекись водорода на воду (H2O), свободный кислород (O) и тепло.

Гидрохинон

Этот отбеливающий агент (C6H6O2) широко используется в средствах для осветления кожи. В реакторной камере жука катализатор (называемый пероксидазой) высвобождает водород (Н). Затем водород соединяется, чтобы инициировать направленный паровой выстрел со свободным кислородом (см. выше).


Автор: Melissa Webb

Дата публикации: 22 декабря 2019 года

Источник: Answers In Genesis


Перевод: Недоступ А.

Редактор: Недоступ А., Бабицкий О.

Написать коментарий