控火甲虫：德国因它改变化武，中国学它发展火箭，气步甲是什么？

互推小编 2024-02-20

气步甲是除人类外离“控火”最近的生物，也是自然界唯一一种能通过混合化学物质引发爆炸的昆虫，被誉为昆虫界的化学家。

文|良之才

校对|思思

全文约2500字，预计阅读时间5分钟

气步甲是一种分布于我国江西、台湾、四川等地的甲虫，民间俗称“放屁虫”。虽然体型不过2厘米，其危险性却达到了甲虫类的“天花板”。遇到危险后，气步甲会在一阵爆响中释放大量高温液体，温度可以达100℃。

这可能是除人类外离“控火”最近的生物。其在演化的过程中，形成了类似小型火箭发动机的生物结构。其拥有储存室（火箭燃料箱）、反应室（火箭燃烧室）、喷火口（火箭喷口），是不是很像火箭？其实，中国的火箭研究就在一定程度上参考了这种昆虫后，从仿生学的基础上做了改进，让我国的火箭技术独步蓝星。

在二战时期，德国的科学家甚至因为它改变了自己的化武研究方向，研究了举世闻名的二元化学武器。德国科学家通过仿生气步甲，成功分装了无毒的原料，不仅解决了原料和运输问题，还让化学武器够拥有更高的稳定性。二元化学武器凭借其原料无毒的性质，甚至一度逃脱了《禁止化学武器公约》的制裁。

其实，生物体的进化不仅体现在身体结构和环境适应性上，还体现在能量的吸收、转换和应用上。与人类的以研究为目的化学实验不同，为维持生存和繁衍，生物体在完成特定功能时，往往遵循了能量消耗最小的进化规律。从这个角度来说，气步甲是当之无愧的化学家，更是一位好老师。

本文，我们就来看看可能是除人类外离“控火”最近的生物，自然界唯一一种能通过混合化学物质引发爆炸的昆虫---气步甲。

1、气步甲

气步甲，作为鞘翅目昆虫，在我国主要分布我国江西、台湾、四川等地。其名字来源于自身的防御机制---爆炸喷射。当遇到蚂蚁、蜘蛛、树蛙等天敌攻击时，气步甲会从腹部末端喷出高温有刺激性的物质进行防御。这种物质对人类的眼睛、皮肤、黏膜等，都能造成不小的刺激性，温度可达100℃。

这也是气步甲唯一的防御方式。

为了能够准确击中各个方向上的敌人，气步甲的腹部可以朝任何一个方向做270°的旋转，如果旋转 270°还无法命中它的目标，它就会越过背部射击，先击中一对突起，然后液体通过突起反射跳弹到所需的角度，最终击中对手。

以最小的体型，释放出如此强大的威胁。运用生化的方式保护自己，气步甲绝对是甲虫界的异类。其通过控制体内苯二酚和过氧化氢的融合，再用肌肉来掌握喷射的方向和力度。可谓是科技感十足。

2、气步甲为什么会“控火”？

气步甲腹部内通常含有两个并排排列的防御腺体，其结构可见下图。

（1）气布甲的“小火箭”结构

由图可以看出，腺体主要分为三个部分：分泌叶瓣、贮存室、反应室。

分泌叶瓣中分泌氢醌，可以通过体内管道流入贮存器。
贮存器中存储着大量的过氧化氢溶液。
反应室中则存在酵素（过氧化氢酶等混合物），由室壁上的细胞分泌。

（2）气布甲的“化武”原理

当受到攻击的时候，气布甲的肌肉组织会将贮存室内部的反应物（主要是过氧化氢）压入到反应室中，在生物酶的作用下，迅速发生反应，如下式。

过氧化氢在催化剂的作用下，迅速分解产生氧气，同时释放热量。
氢醌（C6H6O2）被释放的氧气氧化成苯醌（C6H4O2），迅速分解产生氢气。
氢气与氧气混合发生爆破，产生高温混合物。

（3）气布甲是如何“控制反应”的？

化学反应在开始后是非常难以控制的。

人造火箭的一个重要难点就是控制反应喷发。气布甲如果控制不好这种反应，会立刻发生爆炸。本来是想吓唬天敌，但自爆不成玩笑了吗？实际上，气布甲可以轻松控制整个化学反应。

原来，气布甲体内的过氧化氢的量远远大于苯醌，这意味着过量的氧气剩余会使其体内反应室的压强迅速增大。同时，气布甲在反应室和贮存室之间，存在一个生物阀体组织，在反应室压强增大时，会阻止反应物从贮藏室流入到反应室，进而中止反应。

更绝的是，气布甲还有应急处理机制，还是正反双向，可以中止反应，还能加剧反应。当反应室内的压强大于临界值时，它的腹部尖端会自动打开，使混合物向外喷射。反应室压强迅速降低，阀体组织重新开启，肌肉组织再次将反应物压入到反应室，从而进行下一轮的反应过程。

气布甲一次完整喷射通常有2-7次脉冲喷射，整个喷射过程只有2.6-24.1毫秒。控制之精密，远超人类的工业控制。

3、各国“仿生”气布甲

（1）二战德国的二元化武

二战初期，德国取得西线战场的主动权后，开始用重火力轰炸英国。初期效果明显，但因为难以承受巨额的石油和弹药支出，德国军部急需一种杀伤力更大，成本更低的弹药，来让英国人彻底妥协。

一元化学武器应运而生，但因为有毒的原材料和成品，让化武充满反噬风险。伤敌一千自损八百，为此德国甚至放弃对化武的使用。这时，一位叫朗斯的化学家仿生气布甲，通过设置不同舱体，将无毒或低毒的原料分别存放，待炸弹被激发时形成毒化武器，避免伤己。不仅解决了运输问题，还让化武的稳定性极大提高。这就是二元化武的由来。

气步甲这种昆虫，靠着其科技的领先性，竟让人类的武器进入了新时代。

（2）中俄探索太空火箭

在现代火箭诞生之前，很多科学家就提出，液氧和液氢是最好的助推燃料。但有一个关键的问题无法解决，就是如何控制其燃烧呢？为此，科学家们用尽了常规办法，包括火花塞、火药等等。均无实质进展，因为点燃效果极不稳定。