Чем муравей выделяет кислоту

Например, излюбленной добычей муравьев является термиты. Термиты слепы, большинство термитов имеет сравнительно мягкий панцирь. Не удивительно, что некоторые виды муравьев практикуют систематические набеги на термитники (жилища термитов). Но не все термиты так беззащитны. Есть термиты-солдаты, специально предназначенные для обороны собратьев. Одни солдаты облачены в прочный панцирь и имеют мощные челюсти, другие выбрызгивают во врагов клейкую жидкость.

Справиться с термитами-солдатами не так-то просто: их не удается ужалить через панцирь. Один из видов муравьев нашел оригинальный выход: они жалят термитов-солдат, в единственное уязвимое место — через рот, когда термиты готовятся обрушить свои челюсти на неприятеля. Кроме муравьев муравьиную кислоту используют также другие насекомые, и не только насекомые. Например, листья и стебли крапивы покрыты тонкими твердыми волосками, внутри которых содержится муравьиная кислота. Эти волоски протыкают кожу и ломаются, выделяя кислоту.

Муравьиная кислота HCOOH — самая простая из всех карбоновых кислот. Карбоновыми называют органические кислоты, которые содержат карбоксильную группу -COOH, связанную с органическим радикалом -R. Например, в уксусной кислоте CH₃COOH с карбоксильной группой связан радикал метил -CH₃, в пропионовой CH₃CH₂COOH — радикал этил -C₂H₅ и т.д. Не трудно заметить, что в молекуле муравьиной кислоты вместо органического радикала содержится атом водорода: H-COOH.

Если между атомом водорода и карбоксильной группой мысленно вставить группу -CH₂— из муравьиной кислоты мы получим уксусную: H-CH₂-COOH, потом пропионовую H-CH₂-CH₂-COOH и т.д. В результате мы будем иметь целый ряд карбоновых кислот H-(CH₂)_n-COOH. Теперь перейдем от теории к практике.

Муравьиная кислота — бесцветная жидкость с довольно резким запахом, ядовита. При попадании на кожу вызывает болезненные ожоги. Муравьиная кислота — кислота средней силы: она сильнее уксусной, но гораздо слабее соляной.

Название муравьиной кислоты возникло не случайно: эта кислота впервые была выделена в 1671 году из рыжих лесных муравьев английским натуралистом Джоном Рэйем. Раньше муравьиную кислоту получали довольно варварским методом — обработкой муравьев паром. Теперь для этих целей используют другие способы. Основным из них является реакция угарного газа и едкого натра при повышенной температуре и давлении.

В результате получается формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты) HCOONa, которую обрабатывают серной кислотой. Образовавшуюся муравьиную кислоту отгоняют при пониженном давлении.

Муравьиная кислота широко используется в химической промышленности. Раньше она активно применялась для лечения, причем довольно оригинальным способом. Например, люди, которые страдали радикулитом или артритом, разворашивали муравейник, и некоторое время терпеливо сносили укусы его обитателей. С такой же целью использовали и крапиву. До сих пор в качестве растирания используют муравьиный спирт — 1 % раствор муравьиной кислоты в этиловом спирте.

Было замечено, что вороны иногда садятся на муравейник и умышленно тревожат его обитателей, чтобы те разозлились и обрызгали птицу муравьиной кислотой. Таким способом вороны борются с паразитами.

Доказать, что муравьи содержат кислоту довольно легко. Для этого мы взяли полоску универсальной индикаторной бумажки, слегка смочили ее водой и положили возле главного входа в муравейник. На практике оказалось, что муравьи заинтересовались бумажкой только через несколько минут: именно столько пришлось ждать, пока бумажка станет розовой. Зато не прошло и полминуты, как разозленные муравьи уже вовсю ползали по экспериментатору и фотоаппарату, пытаясь доказать, что у них есть муравьиная кислота, немного другим способом.

Если порозовевшую бумажку вынуть из муравейника, кислота скоро испарится и эксперимент можно провести снова.

Муравьи и муравьиная кислота
Ants and formic acid

Муравьи вырабатывают метановую кислоту, которая имеет тривиальное название «муравьиная кислота». Убедиться в этом можно, поместив универсальную индикаторную бумажку в муравейник, что уже было описано в журнале [ссылка]. Тогда я поместил влажную индикаторную бумажку в муравейник, стараясь не беспокоить его обитателей. Для того чтобы кислотно-основный индикатор поменял цвет с желтого на розовый, понадобилось несколько минут.

В показанном ниже эксперименте решил немного ускорить этот процесс. Положил бумажку на муравейник, в место скопления муравьев, и стал «тормошить» их ладонью. На тех муравьев, которые проползали по индикаторной бумажке, слегка надавливал пальцами (так, чтобы не принести им вред). Муравьи стали «брызгаться» кислотой и на бумажке быстро появились розовые пятна. Вскоре бОльшая часть бумажки стала розовой. Осталось только стряхнуть муравьев и поднести бумажку к цветной шкале для сравнения.

Пальцы после контакта с муравьями также оставляли розовые следы при соприкосновении с универсальной индикаторной бумажкой.

Яркое солнце мешало съемке — было трудно различить цвет бумажки и его изменение, поэтому место съемки пришлось затенять.

Источник

Особенности выработки муравьиной кислоты

Муравьиная кислота представляет собой резко пахнущую ядовитую бесцветную жидкость, вызывающую при попадании на кожу человека болезненные ожоги. По силе воздействия муравьиная кислота занимает промежуточное положение между уксусной и соляной кислотами. Она была впервые выделена английским биологом Джоном Реем из рыжих лесных муравьев. В прошлом эту кислоту люди получали для своих нужд, обрабатывая муравьев паром. На данном этапе для получения кислоты применяют реакцию едкого натра и угарного газа при повышенном давлении и высоких температурах.

Муравьи по биологической классификации представляют собой перепончатокрылых различных размеров с коленчатыми усиками и грызущими ротовыми частями. Они относятся к классу жалящих насекомых, но жало их слаборазвито. Тело муравьев состоит из трех сегментов: крупной головы, сравнительно небольшой груди и объемистого брюшка. Брюшко образует стебелек, состоящий из двух члеников и оснащенный отростком-чешуйкой, торчащим кверху. Этот отросток-чешуйка и является отличительной чертой муравьев. Лапки насекомых тонкие, снабженные острыми коготками. Еще одной отличительной особенностью можно назвать наличие тонкого перехвата между брюшком и грудью, а также наличие различных желез. Ранее было принято считать, что муравьиную кислоту выделяют все виды муравьев, но на данном этапе известно, что выделение кислоты свойственно только представителям вида Formicinae. Особи других видов муравьев вырабатывают различные виды ядов или феромонов, используемых для защиты или дезинфекции, а также с целью обозначения территории, привлечения сородичей, т.д. Например, муравьи Solenopsis используют свой яд в качестве противомикробного дезинфицирующего средства, распыляя его в виде аэрозоля.

Ядовитая железа занимает у муравьев половину брюшка, ее окружает мощный мускульный мешок. При сокращении мышц мешка, состоящий из муравьиной кислоты яд выбрасывается на расстояние, в пятьсот раз превышающее длину насекомого. Ядовитая железа относится к числу половых, изменивших свои функции. Также к таким железам относятся дюфуровы железы, вырабатывающие щелочной экскрет, в то время как ядовитые имеют кислый экскрет. У муравьев вида Formicinae ядовитая железа крайне развита. Состоит данная железа из мускульного мешка для хранения ядовитой жидкости и железистой дорзальной части. Железы, по сути, являются трубочками, одним концом открывающиеся в центре мускульного мешка, а другим образуя парные отростки. Длина расправленных желез составляет двадцать сантиметров.

Количество муравьиной кислоты, содержащееся в мускульном мешке, зависит от массы тела муравья. Истраченное содержимое полностью восстанавливается через три недели. Существует несколько гипотез образования кислоты в организме муравья, единого мнения по этому поводу не существует. Стоит отметить, что муравьиная кислота обладает сильнейшими инсектицидными свойствами.

Муравьи используют кислоту для борьбы с врагами. Рыжие лесные особи, прежде чем пустить струйку ядовитой жидкости, принимают позу боевой готовности: приподнимаются на ногах, вытягивая между ногами брюшко и целясь им в неприятеля. В некоторых случаях муравьи устраивают заслон из летящих струек, собравшись вместе. Также насекомые могут вбрызгивать при укусе в ранку яд, подгибая для этого брюшко к голове. Муравьиная кислота, содержащаяся в яде, действует на работу сердечной, дыхательной и нервной систем.

Источник

Муравьи пьют собственную кислоту для защиты от микробов

Исследователи обнаружили, что представители одного вида муравьев проглатывают выделяемую из желез у них на брюшке муравьиную кислоты, чтобы защититься от бактерий, попадающих в организм с пищей или водой.

© Simon Tragust

Симон Трагуст (Simon Tragust) из Галле-Виттенбургского университета имени Мартина Лютера и его коллеги изучали североамериканского муравья Camponotus floridanus, известного как флоридский муравей-древоточец или флоридский муравей-плотник. Ученые заметили, что муравьи каждый раз после приема пищи или воды, начинают чистить своими челюстями брюшные железы. «Такое поведение, похоже, не было связано с пищеварением, потому что муравьи делали это даже после того, как проглотили только воду», – рассказывает Симон Трагуст.

Чтобы узнать, что происходит с муравьями, когда они теряют возможность добраться до брюшных желез, ученые сразу после кормления обездвижили муравьев, понизив температуру окружающего воздуха. После этого они измерили уровень кислотности в пищеварительной системе муравьев и выяснили, что он резко упал.

Брюшная железа муравьев выделяет муравьиную кислоту через особое отверстие – ацидопору. Кислоту муравьи обычно используют как орудие нападения или защиты. Давно известно, что некоторые птицы специально залезают в муравейники, чтобы подвергнуться действию муравьиной кислоты, которая помогает им очистить кожу и оперение от паразитов. Да и сами муравьи используют эту кислоту в качестве «санитарного средства». В предыдущих исследованиях было установлено, что они обрабатывают кислотой свои гнезда и личинок, чтобы сдерживать распространение вредоносных грибков. Но раньше не отмечалось, чтобы муравьи принимали собственную кислоту внутрь.

Однако Симон Трагуст и его коллеги установили, что глотание муравьиной кислоты действительно поддерживает здоровье муравьев Camponotus floridanus. Оно повышает уровень их выживаемости после употребления зараженной патогенами пищи.

Этот вид муравьев отличается необычно низким уровнем видового разнообразия в микробиоме кишечника, что выглядит странным, учитывая, что муравьи обычно делятся друг с другом едой. Исследователи объясняют это воздействием муравьиной кислоты на пищеварительную систему. В таких условиях успешно выживает только одна группа бактерий, Acetobacteraceae. Недавно было установлено, что эти бактерии могут быть полезны для муравьев, помогая им переваривать необходимые питательные вещества. В лабораторных тестах Трагуст и его коллеги показали, что эти бактерии успешно размножаются при инкубации в среде, содержащей муравьиную кислоту, в то время как известные патогенные виды погибают. Наиболее сильно от проглатывания кислоты зависит уровень кислотности в отделе пищеварительной системы муравья, где содержится пища, которую он отрыгивает, чтобы передать сородичам.

«Проглатывание кислоты действует как фильтрующий механизм, структурирующий микробиом муравья, – говорит Трагуст. — Результаты нашего исследования показывают, что муравьи поддерживают высокий уровень кислотности в своей пищеварительной системе путем проглатывания секрета своих ядовитых желез во время чистки ацидопор».

Источник