保护甲虫不被自己的武器焚烧的材料有希望

根据宾夕法尼亚州立大学的研究人员的说法，甲虫甲虫会产生腐蚀性化学物质，喷洒它们以防御捕食者，保护身体免受这些有毒物质侵害的化合物有望用于生物工程或生物医学应用。

Carabidae家族代表了极其多样化的昆虫系列，有近40,000种。允许它们茁壮成长的特征之一是独特的腺体系统。它生产，储存和推动有毒化学品 - 如甲酸，酚类和浓缩过氧化氢 - 以抵御想要吃甲虫的昆虫，两栖动物甚至小型哺乳动物。

pygidial腺体位于腹部，由防御性化学物质产生的肺叶组成，通过长的集合管连接到肌肉化的储液室。在大多数甲板甲虫中，这个水库在腹部开口处开有管道。构成腺体系统并含有防御性化学物质的组织长期以来一直是昆虫学家的一个谜。

“我们不知道这些组织是由什么组成的，”昆虫学助理教授Tanya Renner说，他在农业科学学院的研究小组最近发现弹性蛋白resilin允许甲虫甲虫成为昆虫世界的化学家。“他们生产超过250种不同的化合物来保护自己。”

之前没有研究表明昆虫如何能够避免由于储水泵收缩产生的潜在应力或它们所含的防御性化学物质的腐蚀作用而对腺体成分造成的损害。然而，使用先前宾夕法尼亚州昆虫学研究开创的研究过程 - 基于自发荧光的激光扫描显微镜 - 研究人员找到了答案。

使用这种方法，根据其内容，组织发出不同波长的光，研究人员仔细检查了宾夕法尼亚州的地面甲虫。他们发现腺体系统中的组织运输防御性化学物质，富含柔软的橡胶状树脂，这是一种在许多昆虫和其他节肢动物中发现的化合物。Resilin为机械活动组织提供弹性，例如跳蚤腿关节或蝗虫翅铰链。但以前不知道resilin是甲虫腺体系统。

昆虫学博士生首席研究员Adam Rork指出，甲虫可以将它们的pygidial腺体内容喷射到它们体长的许多倍。当宾夕法尼亚地面甲虫没有为自己辩护时，他们是农业的朋友，每天消耗体重，吃蚜虫，蛾和甲虫幼虫等害虫，以及slu and和蜗牛。

Rork为这项研究收集了地面甲虫 - 研究结果发布于今天(2月25日)节肢动物结构与发展 - 来自宾夕法尼亚州立大学公园校园几英里的农业领域。他在宾夕法尼亚州立大学显微镜和细胞计数设施中解剖昆虫并准备腹部组织进行扫描。

他认为，carabid甲虫pygidial腺体 - 丰富的resilin - 是一个关键的创新和进化适应，使动物王国的一个最大的家庭能够生存多年。

“虽然已经做了很多工作来描述许多亚科中这些腺体的形态，但他们对组织成分的研究却很少，”他说。“我们的研究结果不仅对于了解这些结构如何进化，而且对于如何抵抗遏制和排出细胞毒性化学物质的压力至关重要。”

除了提高对昆虫组织成分的理解之外，Renner认为resilin是一种化合物，由于其不寻常的特性，可能会被用于未来的生物工程和生物医学应用。她解释说，科学家们现在对昆虫和蜘蛛产生的化合物感兴趣，因为这些结构已经进化并证明它们足以在现实世界中保持强大。

“他们坚持并且往往比合成更好，”她说。“由于它具有不渗透性，对化学品具有高度耐受性和柔韧性，因此在我们需要将两种不同的化学物质彼此远离但在同一环境中相互远离的应用中，resilin似乎是阻隔材料的有力候选者。”

Rork补充说，另一个潜在用途是组织工程。Resilin与人体内发现的蛋白质弹性蛋白有许多相似之处，可用于为患有退行性疾病或损伤的人设计新组织。

Renner说，这项研究是通过宾夕法尼亚州立大学显微镜和细胞计数设施实现的，它为学生提供了对复杂仪器的轻松访问和培训。

“这不仅仅是基础设施，而是那些非常不寻常的学生可以使用的工作人员 - 这就是宾夕法尼亚州昆虫学如此特别的原因。”

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