Coleottero bombardiere (Brachinus): la chimica esplosiva con cui spara getti a 100 °C dieci volte al secondo

In un giardino della Pennsylvania, nei primi anni Sessanta, l'entomologo Thomas Eisner della Cornell University posò un piccolo coleottero su un foglio di carta tornasole e lo punzecchiò delicatamente con uno spillo. In meno di mezzo secondo il foglio si macchiò di un alone scuro accompagnato da uno schiocco udibile a un metro di distanza. L'animale - lungo poco più di un centimetro - aveva appena scaricato verso lo spillo un getto di liquido bollente a circa 100 °C. Il coleottero apparteneva al genere Brachinus, il coleottero bombardiere. Eisner avrebbe dedicato a quella scoperta i successivi quarant'anni della sua carriera.

Due camere, due reagenti, un'esplosione

Il sistema di difesa è uno degli apparati più complessi della biologia animale. All'interno dell'addome dell'insetto, in posizione simmetrica sui due lati, si trovano coppie di ghiandole specializzate. Ognuna è formata da una camera serbatoio e da una camera di reazione separate da una valvola unidirezionale. Nel serbatoio l'animale conserva una soluzione concentrata di idrochinone e perossido di idrogeno (acqua ossigenata) al 25%; nella camera di reazione, le pareti producono in continuazione gli enzimi catalasi e perossidasi.

Come spiega la voce enciclopedica sul coleottero bombardiere, quando l'insetto si sente minacciato contrae i muscoli del serbatoio e spinge i due reagenti nella camera di reazione. Lì avvengono in pochi millisecondi: la catalasi spezza il perossido in acqua e ossigeno; la perossidasi ossida l'idrochinone a p-benzochinone. Le due reazioni sono fortemente esotermiche: liberano circa 184 kJ per mole, abbastanza da portare la miscela al punto di ebollizione. Il vapore caldo, mescolato a chinone tossico, esce dall'estremità dell'addome a velocità di alcuni metri al secondo, in direzione che l'insetto può orientare con precisione di un grado.

Il segreto del getto pulsato

Per anni gli entomologi si erano chiesti come l'insetto sopravvivesse alle sue stesse esplosioni: una camera continuamente piena di vapore a 100 °C avrebbe dovuto rompersi in poche frazioni di secondo. La risposta è arrivata nel 2015 dal team di Wendy Moore e Eric Arndt all'Università del Massachusetts: in uno studio pubblicato su Science hanno filmato l'interno della camera di reazione di Brachinus elongatulus con un fascio di raggi X di sincrotrone, ottenendo le prime riprese a 2.000 fotogrammi al secondo.

Hanno scoperto che il getto è in realtà pulsato: l'insetto non spara un soffio continuo, ma fino a 500 micro-esplosioni al secondo. La rapida formazione di vapore comprime le pareti, che richiudono la valvola di ingresso dei reagenti, raffreddano e si riaprono pronta a un nuovo ciclo. La struttura ricorda quella di un motore a impulsi, come quello che muoveva le bombe volanti tedesche V-1 della Seconda Guerra Mondiale.

Dove e quanti

Esistono circa 500 specie di coleotteri bombardieri appartenenti alla sottofamiglia Brachininae (famiglia Carabidae). Si trovano in ogni continente tranne l'Antartide, prediligono terreni umidi e ombreggiati. In Europa la specie più diffusa è Brachinus crepitans, presente anche in Italia. Hanno colori vivaci - testa rossiccia, elitre blu-nere - che funzionano da avvertimento aposematico: "non toccatemi".

Una mira di precisione

L'addome del Brachinus funziona come una torretta orientabile. Eisner, che insieme a Daniel Aneshansley pubblicò il primo grande studio sul fenomeno nel 1969, dimostrò che l'animale è capace di puntare il getto contro qualsiasi parte del proprio corpo a 360 gradi. Esperimenti video mostrano un coleottero al quale viene avvicinato uno spillo dal lato dorsale: l'addome si flette istantaneamente e dirige il getto contro lo spillo, ignorando l'aria circostante. La temperatura misurata dell'eiezione è circa 100 °C; il pH, intorno a 2 (acido); il chinone, irritante per gli occhi e per le mucose degli aggressori.

Cosa abbiamo copiato

L'interesse industriale è notevole. Ingegneri della University of Leeds hanno usato la geometria della camera di reazione del Brachinus come modello per nuovi spruzzatori da combustione di motori a turbina e per nebulizzatori farmaceutici: dispositivi in grado di lanciare microgocce di principi attivi nei polmoni del paziente in maniera pulsata e regolare. Una ricerca su Royal Society Open Science ha sequenziato nel 2025 i geni delle camere di reazione di Brachinus crepitans, identificando una famiglia di catalasi termoresistenti potenzialmente utilizzabili in biotecnologia.

Per un animale di un centimetro è un curriculum invidiabile. La prossima volta che camminate sotto un cespuglio umido, dunque, fate attenzione: c'è la remota possibilità che qualcuno, lassù sotto le foglie, vi stia mirando con una piccola turbina chimica costruita da 250 milioni di anni di selezione naturale.