Участки клешен и жала скорпионов, укрепленные металлами, стали объектом нового исследования. Ученые установили, что в этих структурах присутствуют конкретные элементы, что обусловлено особенностями охоты и защиты различных видов.
Скорпионы (Scorpiones) — скорпионы — одни из древнейших хищных существа на Земле. Они же, наряду с пауками и клещами, относятся к классу паукообразных ( Arachnida).
Для защиты и нападения эти членистоногие применяют клешни и ядовитое жало, находящееся на конце «хвоста». Однако, среди около трех тысяч известных видов, эти структуры имеют различную форму. У некоторых видов клешни заметно больше и мощнее, а жало – меньше. У других – клешни тоньше, а жало – крупное и вытянутое.
Биологи давно заметили, установлено, что в клешнях и жалах скорпионов содержатся определенные металлы, придающие этим структурам большую прочность. Тем не менее, ученые провели исследования лишь относительно небольшого числа скорпионов, и остается неясным, присутствуют ли металлы в «оружии» всех видов или только у отдельных представителей, и обусловлена ли такая концентрация металлов особенностями образа жизни и методами охоты конкретного вида?
Международная группа ученых-арахнологов во главе с Сэмом Кэмпбеллом ( Sam Campbell) сотрудники Смитсоновского национального музея естественной истории в США провели детальное исследование этих вопросов. По мнению ученых, распределение металлов в различных частях тела скорпионов должно непосредственно влиять на их поведение.
Для проверки выдвинутой гипотезы исследователи проанализировали 18 видов скорпионов, используя электронную микроскопию и рентгеновскую диагностику. Эти методы позволили детально изучить строение кутикулы жала и клешней, а также выявить распределение металлов в этих частях тела. Также было установлено, какие области, скорее всего, подвергаются наибольшему механическому воздействию во время поимки жертвы.
Согласно проведенному анализу, в жалах и клешнях скорпионов обнаружили незначительное количество переходные металлы, способствующую укреплению хитиновых элементов тела. На острие жала была выявлена выраженная слоистая структура, при этом крайний слой обогащен цинком ( Zn), а следующий слой — марганцем (Mn). Разграничение между металлами настолько отчетливое, что его можно увидеть невооруженным глазом. Кажется, что природа сформировала минеральный слой, в котором каждый элемент занимает свое, четко определенное положение, будто разные слои предназначались для выполнения различных задач.
Аналогичная точность наблюдалась и в структуре клешней. В подвижной части, отвечающей за захват добычи, металлы распределены исключительно вдоль режущей кромки. Там был обнаружен цинк, а у некоторых видов – также железо ( Fe). Остальная поверхность клешни практически лишена указанных элементов. Подобное распределение свидетельствует о том, что природа сконцентрировала их в зонах, подверженных наибольшей нагрузке в процессе охоты.
Исследователи специально изучали роль железа. Изначально предполагалось, что больше всего этого металла будет присутствовать в более крупных клешнях. Но фактические данные показали обратную картину: железо чаще обнаруживалось у видов с удлиненными и тонкими клешнями.
Длинные и тонкие клешни не рассчитаны на значительное усилие сжатия. Вместе с тем, они должны фиксировать жертву, позволяя скорпиону ввести яд. Исследователи под руководством Кэмпбелла установили, что у видов с подобными клешнями железо не увеличивает их способность к сжатию, а обеспечивает большую устойчивость и надежность, предотвращая поломку и износ при удержании добычи. Иными словами, металл оберегает клешни от повреждений.
В ходе исследования было установлено, что металлы обнаруживаются во всех изученных видах, однако их состав и концентрация значительно отличаются: различные элементы, вероятно, выполняют разные механические функции. Цинк повышает прочность режущих кромок, марганец скапливается в нижней части жала, что, скорее всего, обеспечивает его устойчивость к поломкам в месте соединения жесткой и эластичной частей, а железо способствует долговечности отдельных структур.
Ученые намерены выяснить, наблюдаются ли аналогичные процессы у пауков, ос, муравьев и пчел. Для этого требуется создать унифицированный метод анализа, позволяющий корректно сопоставлять различные виды. В случае успеха разработки такого подхода, исследователи смогут ответить на более широкий вопрос: используют ли эти животные металлы для повышения прочности своих «инструментов» и, если да, как в ходе эволюции они освоили использование этих элементов для более эффективной защиты от врагов и добычи пропитания.
Научная работа опубликована в Journal of The Royal Society Interface.