A skorpiók két elülső ollóval, a farkukon pedig egy fullánkkal rendelkeznek. Ezek a testrészek önmagukban is elég veszélyesnek tűnnek, de a kémiai vizsgálatok során kiderült, hogy olyan fémeket is tartalmaznak, mint a cink, a mangán és a vas. „Az, hogy ezek a fémek ott vannak, már az 1990-es évek óta ismert” – mondta Sam Campbell, a Queenslandi Egyetem biológusa. „Azt viszont nem tudtuk, hogy a skorpiók így fejlődnek-e, vagy csak a környezetből veszik fel a fémeket, mintegy véletlenszerűen.”
A kérdés megválaszolásához Campbell és kollégái megvizsgálták, hogyan oszlanak el a fémek a különböző skorpiófajok fullánkjában és ollóiban. A Journal of The Royal Society Interface folyóiratban nemrég megjelent eredmények alapján úgy tűnik, hogy a fémek jelenléte egyáltalán nem a véletlen műve.
Fegyvermustra
Campbell csapata a Smithsonian Természettudományi Múzeum hatalmas gyűjteményéből kiválasztott 18 skorpiótaxonra összpontosított. A skorpiók fegyverzetének molekuláris szerkezeti feltérképezéséhez a kutatók nagy felbontású pásztázó elektronmikroszkópiát és mikro-röntgenfluoreszcens képalkotást alkalmaztak. Ezek a módszerek lehetővé tették számukra, hogy színkódolt térképeket készítsenek az összes fullánkról és ollóról, az egyes fémek rendkívül pontos elhelyezkedésével együtt. Ezen térképek alapján a csapat rekonstruálni tudta a fegyverzetben található fémkoncentrációs mintákat.
A vizsgált példányok többségében a cink nagy koncentrációban volt jelen a fullánk legszélén. „A cinknek nagy szerepe van a keménységben és abban, hogy a fullánk hegyének szilárdsága megőrződjön” – magyarázza Campbell. Közvetlenül a cinkkel megerősített hegy alatt a mangán gyakran válik a domináns fémmé a fullánk alsó régiójában.
A csapat feltételezi, hogy a mangán szerepe ebben ezen a részen valószínűleg a rugalmasságot és a rezgések elnyelését segíti.
A két fém ilyen elrendezése a fullánkot olyan biológiai lándzsává teszi, amely képes átszúrni a zsákmány kemény bőrét vagy külső vázát. „Ez logikus, mert a skorpió fullánkja meglehetősen agresszív és nagy erőt fejt ki, így ezt el kell viselnie anélkül, hogy eltörne” – mondja Campbell.
A kutatócsoport hasonlóan érdekes fémelrendeződést azonosított az ollókban is. Cink- és vasdúsulás csak az ollók szemcsés részeiben volt jelen, vagyis a mozgatható külső szegmensen található, fogszerű, szaggatott dudorokban, az úgynevezett dentikulusokban. Az elrendezés egy szamurájkardra emlékeztetett, ahol a legkeményebb anyag elsősorban a vágóél mentére koncentrálódik. „Amikor ezek a dentikulusok, ezek a fogacskák előbukkannak, látjuk a koncentrációt, majd az őket körülvevő teljes területet. Az olló többi részén egyáltalán nincs fém” – mondja Campbell.
De amikor a kutatók mélyebbre merültek a skorpiók fegyverzetében megfigyelhető fajok közötti eltérésekbe, egy újabb komplexitási réteggel találkoztak. „Az egyik dolog, ami arra késztetett, hogy elvégezzem ezt a vizsgálatot, az az, hogy a skorpiók nagyon különbözőek” – mondta Campbell. „Az ollóik és a fullánkjaik mérete és alakja eltérő, és viselkedésükben is jelentős különbségek vannak.” A csapat azt akarta megtudni, hogy ezek a különbségek tükröződnek-e a skorpiók fegyverzetében található fémkoncentrációs mintázatokban is. Mint kiderült, igen.
Finoman hangolva
A skorpiófajok eltérő módon használják ollóikat és fullánkjaikat. A Buthidae családba tartozó fajok fullánkjaikat zsákmányszerzésre vetik be, és hosszú, karcsú ollóik zúzóereje viszonylag gyenge. A Pandinus imperator faj felnőtt példányai, az úgynevezett császárskorpiók, fullánkjukat viszont kizárólag önvédelemre használják, és erőteljes, masszív ollóikra támaszkodnak, hogy legyőzzék és összetörjék a táplálékul szolgáló rovarokat, fiatal egereket és apró gyíkokat.
A vizsgálat megkezdésekor a kutatócsoport azt a hipotézist állította fel, hogy a nagy zúzóerő kifejtésére kialakított ollók tartalmazzák a legnagyobb fémkoncentrációt a maximális keménység biztosítása érdekében, míg a gyengébb, karcsúbb ollókban ez az arány alacsonyabb. Míg ez igaznak bizonyult a cink esetében, a vasnál pontosan ellenkező összefüggés mutatkozott.
„Azt gyanítjuk, hogy azért ez a helyzet, mert a vaskoncentráció nem annyira az olló keménységét biztosítja, hanem inkább a kopásállóságát” – mondja Campbell. Amikor egy nagy, erős ollókkal rendelkező skorpió vadászik, általában egyszerűen összezúzza áldozatát. A hosszú, karcsú ollókkal rendelkező skorpióknak viszont hosszabb ideig kell fogniuk a küzdő, harcoló zsákmányt, hogy a fullánkjukból származó méregnek legyen ideje hatni.
A cink esetében az ollókban a koncentráció nagyobb volt azoknál a fajoknál, amelyeknek kisebb a zúzóereje, valószínűleg azért, hogy kompenzálja a morfológiai gyengeségeket.
A kutatás másik megállapítása az volt, hogy fordított összefüggés van a fullánkban és az ollókban található cink mennyisége között. Ha egy skorpiófaj ollói cinkben nagyon gazdagok, akkor a fullánkja viszonylag cinkszegény, és fordítva. „Nem arról van szó, hogy egyszerűen csak az egyik fegyvert erősítik meg a másik rovására” – mondja Campbell. „Úgy gondolom, ez egy evolúciós hajtóerő, amely a leggyakrabban használt fegyver megerősítésére irányul.”
Mégis vannak olyan fegyvertervezési problémák, amelyeket az evolúció nem tudott megoldani, és olyan kérdések, amelyekre még nem találtak választ. „Egy igazán érdekes dolog, amit a vadon élő skorpióknál láthatunk, hogy a fullánkjuk el is törhet” – mondja Campbell.
Tervezési kompromisszumok
A kutatók elmondása szerint a fullánk általában azon a ponton törik el, ahol a hegy a cinkgazdag része véget ér, és mangánból lesz több. „Elég érdekes ez a gyengeség, és hogy éppen ebben a régióban van. Még nincs igazán jó elméletem vagy válaszom arra, hogy miért van ez így” – mondja Campbell.
A csapat egyik felvetése az, hogy a cink és a mangán korlátozott erőforrások, ezért a skorpiók csak a fullánk legkritikusabb részeit tudják megerősíteni, ahelyett, hogy a fémeket az egész külső vázukra elosztanák.
Campbell a jövőben arra szeretne összpontosítani, hogy mélyebben megvizsgálja az egyébként tökéletesen felépített fullánk látszólagos „tervezési hibájának” okait. A csapat úgy véli, hogy még rengeteget lehet tanulni ezektől az állatoktól.
„Múzeumi példányokat használtunk, és minden fajból csak egyet választottunk ki” – mondja Campbell. Ennek a megközelítésnek az a hátránya, hogy a kutatás nem rögzítette a fémdúsulási mintázatok eltéréseit ugyanazon faj különböző egyedei között. Campbell elismerte, hogy ezek a varianciák jelentősek lehetnek a skorpiók esetében, amelyek általában erős nemi dimorfizmussal rendelkeznek – a nőstények jellemzően sokkal nagyobbak, mint a hímek.
A kutatás egy másik fontos szempontot sem vizsgált, nevezetesen azt, hogy a fémkoncentráció változik-e a skorpiók élete során. A skorpiók többször vedlenek, levedlik külső vázukat, hogy növekedjenek és átlépjenek egy új szakaszba. „Volt egy tanulmány, amely kimutatta, hogy az első fejlődési szakaszban, amikor a skorpió világra jön, még nincs fémfelhalmozódás” – mondja Campbell. „A fém a második fejlődési szakaszra kezd el felhalmozódni a fullánkokban.”
Campbell elmondása szerint az ilyen kérdések megválaszolásának kihívása jelentős, mivel a skorpiókat rendkívül nehéz tanulmányozni. Éjszakai állatok, gyakran sivatagokban élnek, és a föld alá ásnak. „Nem tudjuk biztosan, hogy milyen a viselkedésük” – mondta Campbell. „Jó lenne valódi összefüggéseket találni a vadonban megfigyelt viselkedés, a környezettel való interakciók és a külső vázak laborelemzési eredményei között. Ez azonban hatalmas kutatási feladat.”
