Американські дослідники вивчили біохімію захисного спрею жуків-бомбардирів, який розігрівається до 100 градусів Цельсія, і спростували існування єдиної вихідної речовини для бензохінонів. Для кожного бензохінона знадобився свій прекурсор, при цьому він може потрапляти в організм, як через первинну порожнину, так і через їжу. В експериментах вчені вводили в жуків дейтерований метакрезол і визначали, у що він трансформувався при пострілі. Стаття опублікована в журналі.
Сімейство Жужеліц () активно використовує хімічні засоби захисту від зовнішніх загроз. Жуки-бомбардири (підсемейства і) використовують їх найбільш ефективно - вони вистрілюють з черевних залоз гарячу рідину (до 100 градусів Цельсія) з характерним бавовною. Захисні механізми багатьох видів цих підсемейств вже вивчені, проте у жуків виду залишився невивченим склад захисного секрету.
Бомбардири не зберігають захисну рідину, а змішують хімічні реагенти безпосередньо перед пострілом. В основі екзотермічної хімічної реакції лежить окислення гідрохінона перекисом водню до бензохінону. Бензохінони використовують не тільки бомбардири, наприклад, бензохінон у своїй захисній системі використовують деякі членистоногі (багатоніжки і сіноженята), таргани, уховертки і терміти. У скарабеоїдних жуків () бензохінон може використовуватися як феромон.
Однак дослідники досі не розуміють процес біологічного синтезу бензохінонів. Існують лише деякі гіпотези: деякі вчені вважають джерелом хінонів 1,4-гідрохінон, інші - ароматичні амінокислоти (тирозин або фенілаланін), а недавні роботи біохіміків показали, що бензохінони можуть утворюватися в ході багатостадійної реакції конденсації ацетатів і пропіонатів.
Attygalle) з колегами з Технологічного інституту Стівенса і Університетів Каліфорнії і Арізони припустила, що джерелом 2-метил, 1,4-бензохінон є метакрезол. Щоб підтвердити цю гіпотезу, вчені простежили за ізотопним складом секрету після введення дейтерованого метакрезолу в первинну порожнину жука-бомбардира і після добавки його в їжу. Більш того, дослідники перевірили можливість зберігання реагентів у спеціальних резервуарах - для цього вони перев'язали основу резервуара і відокремили його від реакційної камери.
Жуків виду вчені розділили на кілька груп: одній групі вводили дейтерований прекурсор через первинну порожнину, другу групу протягом декількох тижнів годували їжею з цією речовиною. Перед експериментом жуків підморожували для зменшення їх активності, а потім активували їх за допомогою пінцету. У деяких жуків вчені розсікали черевки і екстрагували речовини з накопичувального резервуара.
За допомогою газової хроматографії вчені визначили, що в захисному секреті жука-бомбардира в основному міститься 2-метил-1,4-бензохінон і 1,4-бензохінон, а також невеликі кількості їх похідних. Щоб дізнатися, який продукт виходить при введенні в первинну порожнину дейтерованого метакрезолу, вчені використовували метод мас-спектрометрії і встановили, що вийшов дейтерований 2-метил-1,4-бензохінон - це підтверджує можливість використання метакрезолу в якості реагента. Більш того, жуки показали такий же результат просто при додаванні дейтерованого метакрезолу в їжу.
Біохіміки провели хроматографічні дослідження екстракту з резервуарів і виявили в ньому 1,4-гідрохінон і 2-метил-1,4-гідрохінон, які в підсумковому захисному секреті містяться лише в слідових кількостях. При перев'язці резервуара і обмеженні доступу реагентів кількість бензохінонів значно зменшилася. Щоб довести, що гідрохінон - проміжна речовина, вчені вивчили екстракт з резервуарів у жуків, що харчуються дейтерованим метакрезолом. Автори статті виявили, що в екстракті містився дейтерований 2-метил-1,4-гідрохінон, що і підтвердило гіпотезу авторів. При цьому вони перевірили, який продукт вийде з дейтерованого 1,4-гідрохінона, і виявили тільки бензохінон.
Таким чином, вчені з'ясували, що у кожного бензохінона є свій прекурсор, що заперечує попередні припущення про єдину речовину-попередника для всіх бензохінонів. Метакрезол володіє цитотоксичними властивостями, руйнуючи ліпідну мембрану, проте жуки по всій видимості мають до нього опір.
Захисний механізм жуків-бомбардирів давно цікавить вчених. П'ять років тому дослідники з MIT за допомогою високошвидкісної рентгенівської камери зняли постріл секрету жука-бомбардира. А два роки тому вчені з'ясували, що жуки-бомбардири воліють відпочивати великими групами через час перезарядки, а дратівливі властивості їхнього спрею допомогли вибратися зі шлунка жаби.