Studija Smithsonian instituta otkriva da škorpioni selektivno ugrađuju cink, mangan i gvožđe u vrh bodlji i zubce klešta kako bi povećali čvrstoću, oštrinu i otpornost na habanje. Analiza 18 vrsta pokazala je preciznu distribuciju metala: cink na vrhu bodlje, mangan odmah ispod, i cink zajedno sa gvožđem u dentiklima klešta. Ovakav pristup kombinuje snagu i malu težinu i može poslužiti kao inspiracija za razvoj lakih, izdržljivih materijala.
Tvrdi Metali Ugrađeni u Bodlje Škorpiona: Kako Priroda Pravi Super-ostre, Otporne Alate
Emperor Scorpion ( Pandinus imperator) on rusty background.© Audrey Snider-Bell/Shutterstock.com
Škorpioni su odavno poznati kao predatori sa zastrašujućim oružjem — bodljama i kleštima. Novo istraživanje Smithsonian instituta otkriva dodatni nivo njihove opreme: mikroskopske količine metala ugrađene tačno u one delove koji trpe najveće naprezanje, čime postaju tvrđi, oštriji i otporniji na habanje.
With nearly 3,000 known species worldwide, scorpions have evolved an impressive range of hunting styles and weapon shapes.©iStock.com/Wirestock
Šta su naučnici otkrili
Studija objavljena u Journal of the Royal Society Interface analizirala je 18 vrsta škorpiona korišćenjem naprednih snimajućih i mikroskopskih tehnika. Istraživači su pronašli koncentracije cinka, mangana i gvožđa u vrlo preciznim zonama: cink je naročito prisutan na samom vrhu bodlje, mangan se nalazi neposredno ispod, dok su cink i gvožđe konsentrovani duž reznog ruba klešta u malim zubatim struktura koje se nazivaju dentikli.
The venom-producing glands inside the scorpion’s tail push venom through the stinger during a strike.©E.P. Vicenzi/Smithsonian Museum Conservation Institute and NIST –Original
„Metali obogaćeni u vrhu bodlje čine egzoskelet tvrđim i trajnijim, pa je potrebna manja sila da se probije oklop plena pre injekcije otrova,“ objašnjava Edward Vicenzi iz Smithsonian Museum Conservation Institute.
Kako ovo funkcioniše
Bodlje su po obliku konusne — vrh je veoma uzak, što pri udaru stvara veliku vrednost pritiska po jedinici površine. Ugradnja metala u te ključne tačke povećava čvrstoću bez značajnog povećanja težine: metali su prisutni u tragovima unutar proteinsko-hitinskog matriksa, za razliku od industrijskih legura koje su 100% metalne.
Researchers discovered that metals are concentrated in the scorpion’s tiny serrated denticles. These reinforce the areas that experience the most wear and stress.©Smithsonian Museum Conservation Institute –Original
U slučaju klešta, dentikli sa cinkom i gvožđem deluju kao sitne testere koje održavaju oštrinu reznog ruba i povećavaju izdržljivost pri ponovljenom korišćenju. Istraživači su zabeležili da su ovakve prilagodbe naročito česte kod vrsta sa vitkijim, dugim kleštima koje se više oslanjaju na ubadanje nego na zdrobljivanje plena.
This is a photograph of the whole telson of a granulated thicktail scorpion (Parabuthus granulatus). “The granulated thicktail scorpion is a medically important scorpion, known to ‘rub’ its telson against its body/tail to generate a (defensive) warning sound in a process called stridulation,” Campbell tells us.©Sam Campbell/National Museum of Natural History –Original
Šta ovo znači za nauku i tehnologiju
Autori studije navode da primer škorpiona pokazuje kako se priroda služi ekonomičnim rešenjima — pojačavanje samo onih delova gde je to neophodno. Takvi mehanizmi služe kao inspiracija za razvoj novih materijala: metalno obogaćen hitin mogao bi poslužiti kao model za proizvodnju lakih, ali izdržljivih kompozita koji zahtevaju znatno manje energije za sintezu nego tradicionalne metalurške metode.
“The Androctonus family of scorpions, also known as fattail scorpions, is known for its potent venom featuring a powerful neurotoxin that can be lethal to humans,” explains Edward Vicenzi.©Dan Olsen/Shutterstock.com
Sam Campbell, glavni autor studije, ističe da su metalna obogaćivanja locirana tačno na mestima visokog mehaničkog naprezanja, što verovatno štiti bodlje od loma pri snažnim udarcima. Iako u ovoj studiji nije razjašnjen tačan funkcionalni doprinos svakog pojedinačnog metala, ranija istraživanja ukazuju da cink i mangan značajno podižu čvrstoću i oštrinu bioloških struktura.
Napomena o opasnosti
Neki škorpioni, poput pripadnika roda Androctonus (masnorepi), imaju veoma snažan otrov koji može biti opasan za ljude. Razumevanje njihove strukture i materijala pomaže ne samo biologiji i biomimetici, već i medicini i toksikologiji.
Za organizme koji uspevaju stotinama miliona godina, škorpioni i dalje mogu otkriti korisne „inženjerske“ tajne — od strategija preživljavanja do ideja za nove, energetski efikasne materijale.
Pomozite nam da budemo bolji.
