本文作者：竹悠
惊蛰之后，各种昆虫开始活跃起来，点缀了炎热的夏季。其中有些充满诗意，是乘凉的好伴侣；有些气味难闻，则令人避而远之；还有些装备了生化武器；那么这些神奇的甲虫都有哪些呢？
一、一闪一闪的萤火虫
图片来源：搜狐
夏天到了，天气逐渐炎热起来，空调的流行和城市生活使晚上纳凉少了些许趣味。但在公园、城郊、田边地头、还是可以看到萤火虫，夜幕降临后，带有诗意的萤火虫，让纳凉增添了很多乐趣。杜牧的诗句“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”就描写了追逐萤火虫的乐事。
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萤火虫（firefly）为什么会发光？可能很多人都问过这个问题。原来在萤火虫的腹部有种化学物质叫荧光素luciferin (LH2)，它首先在荧光素酶luciferase (Luc)的催化作用下，同时和Mg-ATP生成luciferyl-AMP（LH2-AMP)，接着与氧气反应生成激发态的氧化荧光素Oxyluciferin (OxyLH2)，当氧化荧光素从激发态回到基态时，能量以光子形式释放，从而产生黄绿色荧光效应。这种荧光热量极少，又称为冷光，可以保证萤火虫在发光的同时不会因为放热过多而被灼伤。
在这里，要介绍一下荧光的产生机理了：分子可有多个激发态，某些激发态的分子振动弛豫、分子内能量转换等过程不能直接迁移到基态，而是跃迁到分子的最低激发态的最低振动能级，再发生辐射跃迁，回到基态。假如此时最低激发态为单重态则产生荧光；如果最低激发态为三重态，则产生磷光。
二、发出臭味以自保的蝽象和瓢虫
昆虫图片来源：搜狐
臭大姐stinkbug，也叫 “蝽”，它们是有名的臭气专家，具有臭腺，在遇危险时或挤压时便分泌臭液，气味弥漫到空气中，使四周臭不可闻，借此自卫逃生，这使它“臭名远扬”。因为这种臭味，在家里发现了臭大姐，也只敢将其赶走，不能拍死，否则家里多了种浓郁的臭味。那么这种臭味物质是什么呢？这种臭味物质就是壬烯醛octenal和癸烯醛decenal。另外一个冷知识，就是香菜中也含有类似的物质，所以不爱吃香菜的人觉得有臭大姐味。
昆虫图片来源：搜狐
瓢虫 ladubug被认为是圣母玛利亚的甲虫。瓢虫在遇到危险或挤压时，也会挥发出不愉快的味道，但这种味道来自于甲氧基吡嗪类methoxypyrazine化合物，闻起来像坚果、青椒、马铃薯、霉菌的混合。
三、用化学武器进攻的炮弹虫
炮弹甲虫可以说是化学知识应用的最好的甲虫了，它们在遇到危险时，会向敌人放出腐蚀性的灼热液体，还伴随着砰砰响声和烟雾，又称放屁虫。
图片来源：Science
图片来源：Science
炮弹甲虫中的化学武器是怎么制造的呢？原来甲虫的腹部有两个独立的腔室，其中之一名为reservoir储蓄着10%对苯二酚类（如对苯二酚、甲基对苯二酚）的水溶液和25%过氧化氢H2O2。另外一个腔室名为vestibule为过氧化氢酶 catalases和过氧化酶 peroxidases。在启动发射前，甲虫先分泌一些液体到通道中，使两者混合，引发反应。首先过氧花氢酶分解H2O2为水和氧气，其次过氧化酶将对苯二酚氧化为对应的苯醌，生成的氧气作为喷射动力源。并且这个反应急剧放热，每毫克溶液放热达到0.19卡，可以将液体加热到接近100℃的沸点。
图片来源：PNAS
炮弹甲虫的喷射的炮弹为脉冲式不仅可以多次发射，有些种类能达到29次，而且可以从不同的方向瞄准敌人。苯醌已经具有腐蚀和刺激性，再加上高热和高频率打击，打到捕食者都会怀疑人生，不得不放弃炮弹甲虫。
参考资料
- [1] https://cen.acs.org/articles/93/i32/Periodic-Graphics-Summer-Bug-Chemistry.html
- [2] Branchini, B. R., Behney, C. E., Southworth, T. L., Fontaine, D. M., Gulick, A. M., Vinyard, D. J., & Brudvig, G. W. Experimental Support for a Single Electron-Transfer Oxidation Mechanism in Firefly Bioluminescence.JACS, 2015, 137(24), 7592–7595. Doi:10.1021/jacs.5b03820.
- [3] Aneshansley, D J; Eisner, T; Widom, J M; Widom, B, Biochemistry at 100{degrees}C: Explosive Secretory Discharge of Bombardier Beetles (Brachinus). Science ,1969,165(3888),61-63. DOI: 10.1126/science.165.3888.61
- [4] Eric M Arndt, Wendy Moore, Wah-Keat Lee, Christine Ortiz Biomechanics. Mechanistic origins of bombardier beetle (Brachinini) explosion-induced defensive spray pulsation. Science, 2015, 348(6234), 563-567. DOI: 10.1126/science.1261166.
- [5] T Eisner, D J Aneshansley Spray aiming in the bombardier beetle: photographic evidence. PNAS, 1999, 96 (17), 9705-9709. DOI: 10.1073/pnas.96.17.9705
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