החיפושית שיורה “אש” מהישבן

רוב האנשים לא היו רוצים להיתקל מקרוב בדוב ביער. הם גם יודעים להתרחק מחרקים עם צבעים מאיימים, כמו צרעות ודבורים. אבל חיפושיות? מה כבר יש לפחד מחיפושית תמימה? אם נביט ונראה סתם עוד חיפושית זעירה, שאורכה פחות מסנטימטר וצבעה חום-שחור פשוט, נחשוב שאין כל סיבה. אבל אם נתפוס אותה ביד, נשמע קול נפץ חלש המלווה במשהו שנראה כמו עשן, ונחוש חום לוהט. מקור הרעש והחום הוא תגובה כימית שמתרחשת בחלק האחורי של גוף החיפושית, שרוב היצורים יודעים להיזהר ממנה כמו מאש.

שמה של החיפושית, רצנית-מפציצה (Brachinus) – הקרויה גם מפציצנית או החיפושית המפציצה – כבר מסגיר שמסתתר בה משהו בלתי צפוי: מתקן פיצוץ ייחודי. כשהיא חשה באיום היא מפעילה פיצוץ כימי מבוקר ומכוונת אותו לעבר מקור הסכנה, בצורה שלא גורמת לה כל נזק אך יכולה להניס ממנה טורפים מסוכנים. זוג צינורות בקצה בטנה פולט בסדרה של פעימות סילונים של נוזל רותח ומבאיש, שפוגע באויב. לפעולה הזאת נלווה קול פצפוץ אופייני, שהקנה לחיפושית את שמה.

חיפושית מפציצה מהמין Brachinus elongatulus יוצאת להפצצה:

תערובת נפיצה

החיפושית מפיקה את הנוזל הלוהט באמצעות פעולה משולבת של שתי בלוטות הגנה בקצה הבטן, הקרויות הבלוטות הפיגידיאליות (pygidial glands). כל בלוטה מורכבת משלושה חלקים עיקריים: תא מאגר לחומרים, תא תגובה וצינור יציאה. במאגר החומרים יש תמיסה של כ-25 אחוז מי חמצן (מימן על-חמצני), כעשרה אחוזים הידרוקינונים, שמשמשים בסיס לתגובה הכימית הנחוצה, וחומרים נוספים.

כשהחיפושית רואה צורך להגן על עצמה, השרירים סביב המאגר מתכווצים והתמיסה זורמת ממנו לתא התגובה, מבעד לשסתום חד-כיווני. תא התגובה קשיח ועמיד, ומסוגל לעמוד בלחצים שנוצרים בתוכו ובטמפרטורה גבוהה. הוא כולל תאים שמפרישים אנזימים ייעודיים עמידים לחום, שמחוללים תגובה כימית חזקה. בתגובה הזאת נוצרים אדי מים, חמצן ומולקולות של בנזוקינון – חומר שגורם לתחושה לא נעימה – ומשתחרר חום רב. מאחר שהשסתום חוסם את דרכם של התוצרים חזרה למאגר, הלחץ הגבוה שנוצר בתא התגובה דוחף אותם החוצה דרך צינורות היציאה. הם נפלטים כתרסיס רותח, בטמפרטורה של כמאה מעלות צלזיוס, במהירות של כ-36 קילומטר לשעה ומגיעים למרחק של כשלושים סנטימטר.

בנזוקינון הוא חומר שפרוקי רגליים נוספים משתמשים בו להגנה. מדובר בקבוצה של תרכובות מחמצנות שיכולות ליצור תחושת צריבה ואף לפגוע ברקמות. כמו כן הבנזוקינון יכול לשבש תהליכים תאיים באמצעות תגובה עם חלבונים ומולקולות אחרות. החום הגבוה מגביר את הנזק אף יותר. החיפושית המפציצה ייחודית בכך שהיא משתמשת בו כחלק מתגובה כימית נפיצה שמתרחשת בתוך גופה כדי לבצע שלושה דברים בעת ובעונה אחת: לייצר את החומר, לחמם אותו ולהניע אותו החוצה כתרסיס.

כמו מכונת ירייה

החיפושית פולטת את התרסיס ברצף של מאות פעימות בשנייה. מחקר על רצניות מפציצות מהמין Brachinus elongatulus, שפורסם בשנת 2015, נעזר בצילומי רנטגן ובצילום מהיר בקצב של עד אלפיים תמונות בשנייה, כדי לגלות מה קורה בתוך גופה של החיפושית כשהיא יוצאת להתקפה.

צפייה בתהליך בהילוך איטי חשפה שכל פעימה מתחילה כשכמות קטנה של חומר נכנסת לתא התגובה, עוברת מיד תגובה כימית וכך נוצרת עלייה חדה בלחץ ובטמפרטורה בתא. הלחץ שנוצר דוחף אחורה ממברנה גמישה שנמצאת בצמוד לפתח הכניסה של התערובת לתא התגובה, וסוגר זמנית את השסתום שבפתח המאגר. כך זרימת החומרים נעצרת. כשהחומרים נפלטים החוצה, הלחץ בתא יורד, הממברנה חוזרת למצבה המקורי והשסתום נפתח מחדש. כך כמות נוספת של חומר יכולה להיכנס ומתחיל מחזור נוסף.

מכאן עולה שקצב הפעימות הגבוה של פעולת הריסוס אינו תלוי בשליטה ישירה של שרירי החיפושית, אלא נוצר באופן אוטומטי על ידי משוב מכני שמבוסס על פערי הלחצים בפתח שמקשר בין המאגר לתא התגובה. זהו מנגנון יעיל במיוחד, שמאפשר לחיפושית ליצור מאות פעימות בשנייה של תרסיס לוהט ומצחין, ועדיין לשלוט בתהליך בקפידה.

באמצעות שילוב של תגובה כימית חזקה, מבנה אנטומי ייחודי ומנגנון משוב מכני די פשוט, החיפושית המפציצה מצליחה ליצור תרסיס לוהט בפעימות מהירות ומבוקרות, ועושה את זה בלי להזיק לעצמה. מעבר לכך שמערכת ההגנה הזאת יעילה להרתעת טורפים, היא גם חושפת עקרונות פיזיקליים והנדסיים שעשויים להעניק השראה לפיתוחים טכנולוגיים.