Škorpióny majú vpredu dve klepetá a na chvoste žihadlo. Tieto časti tela pôsobia dosť nebezpečne už samy osebe, no chemické analýzy odhalili, že obsahujú aj kovy, ako sú zinok, mangán a železo. „O prítomnosti týchto kovov vieme už od 90. rokov,“ povedal Sam Campbell, biológ z Queenslandskej univerzity. „Nevedeli sme však, či je to súčasť vývoja škorpiónov, alebo či kovy prijímajú z prostredia viac-menej náhodne.“
Aby Campbell a jeho kolegovia našli odpoveď, preskúmali rozloženie kovov v žihadlách a klepetách rôznych druhov škorpiónov. Z výsledkov nedávno uverejnených v časopise Journal of The Royal Society Interface vyplýva, že prítomnosť kovov zrejme vôbec nie je náhodná.
Prehliadka zbraní
Campbellov tím sa zameral na 18 taxónov škorpiónov vybraných z rozsiahlej zbierky Smithsonovho prírodovedného múzea. Na zmapovanie molekulárnej štruktúry ich zbraní vedci použili rastrovaciu elektrónovú mikroskopiu s vysokým rozlíšením a mikroröntgenové fluorescenčné zobrazovanie. Tieto metódy im umožnili vytvoriť farebne odlíšené mapy všetkých žihadiel a klepiet s mimoriadne presným určením polohy jednotlivých kovov. Na základe máp dokázali zrekonštruovať rozloženie koncentrácií kovov v týchto zbraniach.
Vo väčšine skúmaných exemplárov sa zinok vo vysokej koncentrácii nachádzal na samotnom hrote žihadla. „Zinok výrazne prispieva k tvrdosti a k tomu, aby si hrot žihadla zachoval pevnosť,“ vysvetľuje Campbell. Tesne pod hrotom spevneným zinkom, v spodnej časti žihadla, často prevažuje mangán.
Tím predpokladá, že mangán v tejto časti pravdepodobne prispieva k pružnosti a tlmeniu vibrácií.
Takéto usporiadanie oboch kovov mení žihadlo na biologickú kopiju, ktorá dokáže prepichnúť pevnú kožu alebo vonkajšiu kostru koristi. „Dáva to zmysel, pretože škorpión žihadlom útočí pomerne razantne a vyvíja pri tom veľkú silu. Žihadlo ju preto musí zniesť bez toho, aby sa zlomilo,“ hovorí Campbell.
Výskumníci objavili podobne zaujímavé rozloženie kovov aj v klepetách. Zvýšený obsah zinku a železa sa vyskytoval iba v zrnitých častiach klepiet, teda v zubovitých výstupkoch na pohyblivom vonkajšom článku, ktoré sa nazývajú dentikuly. Toto usporiadanie pripomínalo samurajský meč, pri ktorom sa najtvrdší materiál sústreďuje predovšetkým pozdĺž ostria. „Keď sa objavia tieto dentikuly, tieto zúbky, vidíme, kde sa kov koncentruje, aj celú oblasť okolo nich. V ostatných častiach klepeta nie je vôbec žiadny kov,“ hovorí Campbell.
Keď však vedci podrobnejšie preskúmali medzidruhové rozdiely vo výzbroji škorpiónov, narazili na ďalšie zložité súvislosti. „Jedným z dôvodov, prečo som sa pustil do tohto výskumu, bola veľká rozmanitosť škorpiónov,“ povedal Campbell. „Ich klepetá a žihadlá sa líšia veľkosťou aj tvarom a výrazné rozdiely sú aj v ich správaní.“ Tím chcel zistiť, či sa tieto odlišnosti prejavujú aj v rozložení koncentrácií kovov v ich zbraniach. Ako sa ukázalo, áno.
Jemné doladenie
Jednotlivé druhy škorpiónov používajú klepetá a žihadlá odlišne. Druhy z čeľade Buthidae využívajú žihadlá na lov koristi a ich dlhé, štíhle klepetá majú pomerne malú drviacu silu. Dospelé jedince druhu Pandinus imperator, známeho ako škorpión cisársky, naopak používajú žihadlo výlučne na sebaobranu. Pri premáhaní a drvení hmyzu, mladých myší a drobných jašteríc, ktorými sa živia, sa spoliehajú na silné, mohutné klepetá.
Na začiatku výskumu tím vyslovil hypotézu, že klepetá prispôsobené na vyvinutie veľkej drviacej sily budú obsahovať najvyššie koncentrácie kovov, aby dosahovali maximálnu tvrdosť. V slabších, štíhlejších klepetách mal byť tento podiel nižší. Pri zinku sa predpoklad potvrdil, pri železe sa však ukázal presne opačný vzťah.
„Predpokladáme, že je to preto, lebo koncentrácia železa neovplyvňuje ani tak tvrdosť klepeta, ako skôr jeho odolnosť proti opotrebovaniu,“ hovorí Campbell. Keď loví škorpión s veľkými, silnými klepetami, svoju obeť zvyčajne jednoducho rozdrví. Škorpióny s dlhými, štíhlymi klepetami však musia zmietajúcu sa a brániacu sa korisť držať dlhšie, aby jed zo žihadla stihol zaúčinkovať.
Koncentrácia zinku v klepetách bola vyššia pri druhoch s menšou drviacou silou, pravdepodobne preto, aby vyrovnávala nedostatky ich telesnej stavby.
Ďalším zistením výskumu bol nepriamy vzťah medzi množstvom zinku v žihadle a v klepetách. Ak sú klepetá určitého druhu škorpióna veľmi bohaté na zinok, jeho žihadlo ho obsahuje pomerne málo a naopak. „Nejde len o jednoduché spevnenie jednej zbrane na úkor druhej,“ hovorí Campbell. „Myslím si, že ide o evolučný tlak na spevnenie najčastejšie používanej zbrane.“
Aj tak však existujú konštrukčné problémy týchto zbraní, ktoré evolúcia nedokázala vyriešiť, a otázky, na ktoré vedci zatiaľ nenašli odpovede. „Na škorpiónoch vo voľnej prírode môžeme pozorovať jednu naozaj zaujímavú vec: ich žihadlo sa môže aj zlomiť,“ hovorí Campbell.
Konštrukčné kompromisy
Podľa výskumníkov sa žihadlo zvyčajne láme v mieste, kde sa končí časť hrotu bohatá na zinok a začína prevládať mangán. „Táto slabina je celkom zaujímavá, rovnako ako to, že sa nachádza práve v tejto oblasti. Zatiaľ nemám naozaj dobrú teóriu ani odpoveď, prečo je to tak,“ hovorí Campbell.
Jedným z možných vysvetlení je podľa tímu obmedzená dostupnosť zinku a mangánu. Škorpióny preto dokážu spevniť iba najdôležitejšie časti žihadla, namiesto toho, aby kovy rozložili po celej vonkajšej kostre.
Campbell sa chce v budúcnosti podrobnejšie venovať príčinám tejto zdanlivej „konštrukčnej chyby“ inak dokonale stavaného žihadla. Tím je presvedčený, že od týchto živočíchov sa ešte môžeme veľa naučiť.
„Použili sme múzejné exempláre a z každého druhu sme vybrali iba jeden,“ hovorí Campbell. Nevýhodou tohto prístupu je, že výskum nezachytil rozdiely v rozložení nahromadených kovov medzi jednotlivými jedincami toho istého druhu. Campbell pripustil, že pri škorpiónoch môžu byť tieto odchýlky výrazné. Zvyčajne totiž vykazujú značný pohlavný dimorfizmus: samice bývajú oveľa väčšie než samce.
Výskum sa nezaoberal ani ďalšou dôležitou otázkou: či sa koncentrácia kovov počas života škorpiónov mení. Škorpióny sa opakovane zvliekajú, teda zhadzujú vonkajšiu kostru, aby mohli rásť a prejsť do ďalšieho vývinového štádia. „Jedna štúdia ukázala, že v prvom vývinovom štádiu, keď škorpión príde na svet, sa kovy ešte nehromadia,“ hovorí Campbell. „V žihadlách sa začínajú hromadiť až v druhom vývinovom štádiu.“
Zodpovedať takéto otázky je podľa Campbella veľmi náročné, pretože škorpióny sa skúmajú mimoriadne ťažko. Sú to nočné živočíchy, často žijú v púšťach a zahrabávajú sa do zeme. „Nemáme presnú predstavu o ich správaní,“ povedal Campbell. „Bolo by dobré nájsť skutočné súvislosti medzi správaním pozorovaným vo voľnej prírode, interakciami s prostredím a výsledkami laboratórnych analýz vonkajšej kostry. To je však obrovská výskumná úloha.“
