Сучасна флора та фауна
Креацентр > Статті > Сучасна флора та фауна > Таємниця жука, що стріляє

Таємниця жука, що стріляє

Коли доктор Енді Макінтош досліджував жука-бомбардира, він виявив вражаючий доказ Божого складного дизайну.


У 1903 році брати Райт досягли успіху в керованому польоті, тому що вони задали правильне запитання: «Як птахи використовують свої крила?» Стів Джобс, засновник компанії Apple, задумався, як ми зможемо тримати комп'ютер на долоні. Він досяг успіху з iPhone, тому що поставив правильне запитання.

Історія знає дуже багато  інженерів, які задали правильне запитання. Від літаків до смартфонів, ми не могли б уявити своє життя без цих сучасних винаходів. Хоча імена й технології, описані вище, можуть бути вам знайомі, наша історія пов'язана з тим, кого ви, можливо, не знаєте, — доктором Енді Макінтошем (Dr. Andy McIntosh). І таємниця, яку він намагається розгадати, набагато менша, ніж літаки або смартфони.

Енді пропрацював більше 40 років у галузі термодинаміки та інженерії. Протягом майже 20 з цих років він зосереджував свою увагу на маленькій комашці, чиї вибухові тенденції надихнули на захоплюючі дослідження та відкриття, все що вказує на Творця.

Як таке може бути?


Доктор Енді Макінтош

Як інженер, доктор Енді Макінтош вивчає жука-бомбардира з унікальної перспективи.

Невеликий, здавалося б, інцидент у 2001 році змінив життя Енді. Він сидів у своєму кабінеті в Лідськом університеті в Англії, де він проводив дослідження протягом 15 років (і буде продовжувати ще десять років). Читаючи екземпляр «Праці академії природничих наук» (Proceedings of the Natural Academy of Sciences), він звернув увагу на статтю про жука-бомбардира, комаху, яка виприскує зі своєї задньої частини киплячу воду й хімічні речовини.

Дивитися на серію швидкісних фотографій жука, який вистрілює хімікати зі свого хвоста, більшість з нас може лише кілька хвилин, але не Енді. Людина з докторським ступенем з теорії горіння не дивиться на світ так, як ми. Він знав, що в цій історії має бути щось ще.

Біологи знали про жука ще з початку 1800-х років, коли були опубліковані перші повідомлення про жуків, що стріляють як «артилерія». Пізніше, в 1960-1970-і роки, провідний світовий експерт по жукам-бомбардирам, ентомолог Томас Ейснер (Thomas Eisner), зробив кілька захоплюючих відкриттів про складну хімію жука, але залишилося багато загадок.

Що привернуло увагу Енді у новому звіті, так це очевидне свідчення горіння, його галузь знань. Щось дивовижне повинно відбуватися, щоб комахи здійснили серію вибухів, а потім розстріляли своїх ворогів як з кулемета.

Енді не цікавився жуком-бомбардиром, як міг би зацікавитися біолог. Він цікавився технікою та фізикою. Як ті, хто вірить у створення світу, ми знаємо, що Бог створив цю складну хімічну систему (яка включає в себе спеціалізовані хімічні речовини, що прискорюють реакцію), а також камеру згоряння, рухливий кінчик черевця, як вихлопна башта (більш універсальна, ніж танкова башта), впускні й випускні клапани та сенсорний механізм, щоб визначити, з якого напрямку може атакувати ворог. Енді задався питанням, чи можливо, що Бог-Конструктор впровадив якісь унікальні інженерні рішення для мініатюризованого вибухового пристрою, які людська промисловість могла б перейняти та імітувати (біомімікрія) для добра людей.

Можливо, ми й не знаємо призначення вибухового струменя в ідеальному світі до гріхопадіння Адама, але Енді хотів дізнатися більше про інженерні особливості. Він відвідав біологічний факультет свого університету, щоб дізнатися, чи не зацікавиться хтось ще механікою унікальної зброї цього жука.

На його подив, один з біологів не тільки не виявив інтересу, а й поцікавився, навіщо Енді це знадобилося: «А що ти сподіваєшся дізнатися, адже жук все ще еволюціонує?»

Відсутність цікавості потрясло Енді. «Мене цікавить, як все влаштовано. Оскільки я знав, що головний Конструктор проектував тварин, я очікував відкрити нові ідеї в області горіння та інженерії. Замість того щоб стояти на заваді, моя віра в Боже творіння відкрила нову область досліджень. Саме тому, що я вірив у створення світу, я був спонукуваний ставити правильні питання».

Він звернувся до автора статті «Жук-бомбардир» доктора Ейснера, який працював у Корнельському університеті. Енді не припускав, що це рішення відкриє двері для великих досліджень, які тривають і донині, включаючи нові відкриття та патенти.

Робота починається

Близько шести років Енді працював разом з Ейснером у його лабораторії Корнельського університету в Ітаці, штат Нью-Йорк. У Ейснера був доступ до електронних мікроскопів, які могли робити детальні знімки внутрішніх органів жука. Енді досі пам'ятає той момент з лампочкою, який у нього був під час візиту до Ейснера в березні 2004 року.

Біологам давно відомо, що в жука є впускний клапан, який регулює надходження хімічних речовин у реакторну камеру, де відбувається вибух. Але загадка полягала в тому, що хімічні речовини не спричинюють в природі такого сильного вибуху, як вибух, відображений на знімках Ейснера. Струмінь пари й отруйних хімічних речовин (бензохінони) багаторазово вистрілює через сопла зі швидкістю до 65 футів (20 м) в секунду.

Потім у бесіді з Ейснером у його лабораторії Енді відкрив секрет. Коли Ейснер показав йому знімки анатомії жука в скануючому електронному мікроскопі, Енді зрозумів, що в жука є ще один клапан на виході. Якщо жук зможе тримати камеру закритою досить довго, тиск буде рости без перетворення води в пару (щось на зразок скороварки).

Ось вона знаходиться там, де була весь цей час — мембрана, що служила випускним клапаном. Але раніше ніхто не розумів її функції. Під мікроскопом вона зазвичай млява, як здута повітряна кулька. До цього моменту навіть Ейснер не думав, що це клапан. Але, побачивши детальне зображення, Ейснер погодився, що мембрана функціонує саме таким чином. Отже, Енді виявив, що бластер жука — це двохклапанна система, а не одноклапанна, «зразок вишуканої техніки», як він висловився.

Іншою відсутньою частиною головоломки було те, чи може особливий вид вибуху, званий паровим вибухом, пояснити швидке викидання бризок, які виявив Ейснер. Щоб знайти цю відповідь, Енді потрібно було точно визначити природу суміші, яку випустив жук. Скільки в ній було пари, а скільки рідкої води й отруйних хімікатів?

Основний хімічний коктейль жука давно відомий: перекис водню та гідрохінон. І вчені знають, що ці хімічні речовини не реагують без каталізатора (речовина, яка прискорює хімічну реакцію). У жука є ці каталізатори у достатку: каталаза й пероксидаза. Але яка кількість перетвориться в пару, перш ніж суміш вийде у вигляді вибухового аерозолю?

Ось тут і стали в нагоді інженерні здібності Енді, але йому потрібна була допомога того, хто міг би займатися сучасним комп'ютерним моделюванням. Тому він подав заявку на грант, щоб найняти помічника, і, до його радості, грант був схвалений. Розробник комп'ютерного моделювання проаналізував, що має статися, якщо випускний клапан відкривається на 1,1 бар (1 бар — це атмосферний тиск на рівні моря). При такому тиску вода досягне 221° F (105° C) без кип'ятіння. (Вода зазвичай кипить при 212° F [100° C].) Коли суміш під таким тиском раптово вивільняється, вода миттєво перетворюється у пару при так званому миттєвому випаровуванні.

У комп'ютерній моделі паровий вибух привів у рух комбінацію води й пари всього за дві тисячні секунди. При такій швидкості аерозоль буде викидати близько 500 циклів у секунду — саме це Ейснер виявив у своїх експериментальних спостереженнях. Отже, Енді та його помічник знали, що комп'ютер правильно змоделював постріл комахи.

Жук-бомбардир у будь-якому кліматі та місці

Близько 1000 відомих видів жуків-бомбардирів бувають усіх форм і кольорів, з безліччю арсеналів. Вони зустрічаються скупченнями під скелями на всіх континентах, окрім Антарктиди. Жуки-бомбардири діляться на дві підродини: «що вибухають» і «що не вибухають».

Жуки –бомбардири «що вибухають» (Brachininae, більше 500 видів)

Ці звичайні жуки виробляють точно спрямовані бризки, які вистрілюють через рухливий кінчик черевця на їхній задній частині. Це найвідоміші й вивчені жуки-бомбардири.

Жуки бомбардири «що не вибухають» (Paussinae, близько 400 видів)

Ці види жуків випускають свої гарячі хімікати через дві задні труби (flanges), що стирчать з боків. Хімікати не вибухають й зазвичай виходять у вигляді бризок.


Імітуючи бластер жука

Енді та його партнер опублікували технічний документ і поділилися своїми дивовижними висновками на конференції. Заінтригований їхньою роботою, підприємець з аудиторії запропонував продовжити фінансування досліджень, якщо вони будуть готові побудувати експериментальну установку, яка імітує дії жука. Особливий інтерес підприємця викликала біомімікрія, і він вірив, що Енді та його команда зможуть винайти нову технологію, якщо просунуться у своїх дослідженнях ще на крок вперед.

Енді був у захваті, але йому потрібна була допомога. Він був інженером-теоретиком, більш звичним до математичних обчислень на дошці. Він пояснює: «Я ніколи раніше нічого не будував, але в нас були блискучі співробітники в інженерному відділі, які могли як проектувати, так і створювати прототипи».

Команда Енді взялася до роботи. Їхньою метою було побудувати двохклапанну систему доставки. Основна мета полягала в тому, щоб продемонструвати, як працює система розпилення. Вони також розглянули ефекти зміни тиску, часу розпилення, пройденої відстані й розміру крапель бризок. Їхня мета полягала в тому, щоб створити машину, яка посилала б вибуховий струмінь так далеко, як це робить сам жук, і з часом вони домоглися успіху.

На відміну від пасивної клапанної системи жука-бомбардира, яка автоматично відкривається та закривається, коли тиск досягає певної точки, установка Енді використовує передові електронні клапани, які комп'ютер відкриває та закриває по команді.

Їхня експериментальна камера була близько 1 дюйма (2 см) довжиною, в 20 разів більше, ніж реакторна камера жука (яка становить всього 5 сотих дюйма [1 мм]). Жук може розпорошувати на відстань в 200 разів більше довжини своєї камери, легко вражаючи сусідню мурашку на лісовій підстилці. Енді та його команда були в захваті, коли їхня установка змогла розпорошувати в 200 разів більше свого розміру — 13 футів (4 м) через всю кімнату.

 Фото SATOSHI KURIBAYASHI / MINDEN PICTURES

Жук-бомбардир (Pheropsophus jessoensis) захищає себе, викидаючи отруйний хімічний спрей.

У 2010 році Енді та його партнер по лабораторії отримали престижну премію Times Higher Education за видатний внесок в інновації та технології у Лондоні.

Енді все ще шукає можливі застосування в промисловості й має три патенти на три основні області застосування цього винаходу: форсунки для присадок до палива в двигунах (для більш ефективного спалювання), фармацевтичні спреї та вогнегасники.

Тепер, коли Енді вийшов на пенсію, він працює зі студентами в США на інженерному факультеті університету Ліберті, щоб розробити систему протипожежного захисту, яка могла б краще захистити пожежників під час лісової пожежі. План Енді полягає в тому, щоб розробити рюкзаки, наповнені водою, які могли б стріляти паром і водяними бризками до 50 футів (15 м).

Незменшувана складність

Ще у 1970-х роках креаціоністи взяли жука-бомбардира за головний приклад незменшуваної складності, ще до того, як доктор Майкл Біхі винайшов цей термін у своїй книзі 1996 року «Чорний ящик Дарвіна». Це відноситься до системи, в якій всі частини повинні бути присутніми та працювати разом, інакше система виходить з ладу. Так само, як мишоловка не закриється, якщо всі частини не працюватимуть разом, цей жук не зможе вистрілити в хижаків, якщо всі його частини не присутні й не працюють разом.

Еволюціоністи намагаються довести, що кожна окрема частина може бути побудована поетапно, але вони повинні показати, як кожен з хімічних елементів дає перевагу сам по собі. Проте перекис водню та гідрохінон не можуть бути використані в якості вибухових речовин без каталізаторів (пероксидази й каталази), які допомагають хімічним реагентам працювати досить швидко.

Відомий атеїст Річард Докінз насміхався з креаціоністів ще в 1980-х і 1990-х роках за популяризацію жука-бомбардира (як він робить це й сьогодні). У своїй лекції для дітей у 1991 році він заявив, що жук-бомбардир міг би легко еволюціонувати, поступово додаючи все більше й більше перекису водню. Це може привести до ще більших вибухів. Але він відклав гідрохінон, сказавши, що це не має значення. І, звичайно ж, перекис водню може бути вибухонебезпечним у невеликих кількостях та з правильним каталізатором.

Але при цьому Докінз не зміг пояснити хімію жука. Каталітична реакція гідрохінона критично важлива для ефективного вибуху. Ніхто не показав, як ця система може розвиватися повільно. Хімія складна, але ось основні принципи: руйнування гідрохінона призводить до утворення водню, який потім з'єднується з киснем з перекису водню, щоб зробити напрямлений паровий постріл.

Енді робить висновок: «У всіх відношеннях жук-бомбардир — це незменшувана складна система, тому що система не буде працювати, якщо у вас немає правильної хімії, правильних каталізаторів, правильного впускного клапану та правильного випускного клапану. Не кажучи вже про те, що реакторна камера повинна бути там з самого початку, інакше жук рознесе сам себе на шматки».

Спостерігаючи жуків-бомбардирів у дії протягом майже 20 років, Енді знає, що вони є одним з найбільш очевидних прикладів незменшуваної складності в усій природі.

Насправді, бластер жука-бомбардира настілки складний у тому, як він відчуває та реагує на небезпеку, виробляючи хімічні речовини на вимогу, що вчені досі не до кінця розуміють, як працюють всі його частини. Наприклад, вони хотіли б дізнатися, як цей жук виробляє перекис водню. Якби вони змогли це з'ясувати, це могло б привести до недорогого виробництва цієї важливої хімічної речовини, яку можна знайти в аптечках, фарбах для волосся та військових ракетах.

Віра Енді в створення світу і Біблію не тільки не заважала йому, а й допомагала вирішувати проблеми, про які ніхто інший не думав, тому що він ставив правильні питання.

«Коли ви дивитеся на біологію й природу очима віруючих у Біблію, ви бачите речі, які біологи, які керуються еволюційним мисленням, часто не бачать. Моя віра в перспективу творіння відкрила зовсім нову область досліджень».

Неправдоподібна зброя

Жаба, яка шукає полуденок, помічає жука, який сидить на листку. Але перш ніж вона встигає висунути свій довгий липкий язик, вона покривається хмарою палючих отруйних хімічних бризок. Жаба тільки що зіткнулася з жуком-бомбардиром.

У природі немає нічого подібного, і будь-яка розсудлива людина знає, що крихітний жук розміром менше дюйма ніколи не зможе випадково зробити напрямлений постріл. Це говорить на користь розумного Творця. Всі деталі повинні були працювати з самого початку, а не бути продуктом поетапного будівництва. Як мишоловка не буде працювати, якщо всі частини не працюють разом, те ж саме відноситься і до цього вищого наприкладу незменшованої складності. Насправді бластер жука-бомбардира настільки складний, що вчені досі не до кінця розуміють, як працюють всі його частини.

1: Хімічне виробнитство

Жуки-бомбардири унікальні своєю здатністю перегрівати рідину та викидати її інтенсивним пульсуючим струменем. Вона починається з двох хімічних речовин, перекису водню та гідрохінону, які виробляються в секреторній частині й зберігаються в резервуарі. Хіміки досі не з'ясували, як комаха виробляє перекис водню, який дуже нестабільний.

2: Рухома башточка

Жук може направити кінчик свого черевця в будь-якому напрямку, посилаючи повторювані струмені пари через сопла до приголомшуючих 65 футів (20 м) в секунду. Вчені дотепер не знають повною мірою, як працює ця «башта».

3: Реакторна камера

Дві основні хімічні речовини не вступають у реакцію, якщо тільки в реакторній камері немає двох інших хімічних речовин, відомих як каталізатори. Яким чином жук виробляє та зберігає ці каталізатори, дотепер залишається загадкою. Внутрішня поверхня камери розрахована на витримування температур кипіння, отриманих у результаті реакції (221° F або 105° C)

Потік і напрямок хімічних речовин повинні контролюватися системою клапанів у два етапи. Коли жук готовий вистрілити, впускний клапан спочатку відкривається, дозволяючи реактивам увійти в камеру. Як тільки камера заповнена та хімікати вступають в реакцію, тиск діє на вхідний клапан, закриваючи його. У той же час зростає тепло й тиск змушує випускний клапан відкритися. Після викиду кожного пострілу гарячої рідини тиск падає і клапан закривається.

 

Фактичний розмір

 (менше 1 дюйма)


368-735 вибухів в секунду

Бризки не безперервні. Замість цього жук випускає кілька черг поспіль, що оберігає реакційну камеру від перегріву.

221° F (105°С)

Середня температура хімічних речовин при виділенні. Оскільки хімічні речовини знаходяться під тиском, температура вище, ніж температура кипіння води 212° F (100° С).

Вибуховий коктейль

Дві звичайні хімічні речовини утворюють киплячий спрей жука. Але їм потрібен додатковий поштовх, щоб вибухнути.

Перекис водню

Цей хімікат (H2O2) зазвичай зберігається в аптечках для очищення ран. У реакційній камері жука каталізатор (званий каталазою) розщеплює перекис водню на воду (H2O), вільний кисень (O) і тепло.

Гідрохінон

Цей відбілюючий агент (C6H6O2) широко використовується в засобах для освітлення шкіри. У реакційній камері жука каталізатор (званий пероксидазою) вивільняє водень (Н). Потім водень з'єднується, щоб ініціювати напрямлений паровий постріл з вільним киснем (див. вище).

 Автор: Melissa Webb

 Дата публікації: 22 грудня 2019 року

 Джерело: Answers In Genesis


 Переклад: Горячкіна Г.

 Редактор: Недоступ А., Бабицький О.

Написати коментар