蝎子,本来就长着一副‘别碰我’的模样,现在又被发现它们一直在偷偷用锌、锰和铁强化自己的螯钳和毒刺——因为进化觉得光吓人还不够。
一项新研究表明,这可不是它们吃饭不讲究,而是有意的、武器化的冶金术。
昆士兰大学的生物学家萨姆·坎贝尔告诉记者,蝎子武器中含金属的现象自20世纪90年代就已知晓。但一直不清楚这些生物是进化成这样的,还是只是不小心吃错了土。为了搞清楚,坎贝尔和他的团队检查了史密森尼国家自然历史博物馆的18个蝎子分类群,使用高分辨率扫描电子显微镜和微X射线荧光成像技术,绘制了金属分布的彩色地图。
结果发表在《皇家学会界面杂志》上,显示了一种精巧的设计。锌集中在毒刺的最尖端,以保持硬度和抗穿刺性,而锰则位于下方,提供柔韧性并吸收振动——将毒刺变成一种生物长矛,撞击时不会折断。坎贝尔解释说:‘这说得通,因为蝎子的蜇刺相当猛烈,产生很大的力,所以毒刺必须承受住而不折断。’
螯钳也得到了类似的升级。锌和铁的富集只出现在可动爪节上的齿状小齿上,就像一把武士刀,最硬的材料沿着刀刃分布。坎贝尔指出,当这些小齿出现时,金属就会出现——而爪子的其他地方则什么都没有。所以爪子的其余部分只是闲着,没有加固。
但进化并没有止步于此。那些严重依赖毒刺捕猎的物种,比如Buthidae科,拥有细长的螯钳,金属含量较少。与此同时,帝王蝎(Pandinus imperator)用其巨大的、金属加固的螯钳碾碎猎物,而将毒刺留作自卫。研究团队发现了一种负相关:如果一个蝎子物种的螯钳高度富锌,那么它的毒刺就相对贫锌,反之亦然。坎贝尔说:‘这并不是它们选择只强化一种武器。我认为这是进化驱动它们强化最常用的武器。’
然而,铁的富集却出了个难题。坎贝尔推测,这更多是为了耐磨性而非硬度:细长螯钳的蝎子需要更长时间抓住扭动的猎物,等待毒液生效,所以铁帮助它们保持抓握。而锌则通过增加硬度来弥补较弱的螯钳。
尽管设计巧妙,蝎子的毒刺在野外仍然会折断——正好在锌和锰之间的过渡区。坎贝尔承认这是一个‘相当有趣的弱点’,他还没有真正的理论来解释。一种可能性是锌和锰是有限的资源,所以蝎子只强化最关键的部分。
这项研究也有空白。团队每个物种只使用了一个标本,忽略了个体之间以及性别之间的差异(雌性通常大得多)。他们也没有跟踪蜕皮过程中的变化——蝎子随着生长会蜕去外骨骼,一项研究表明,新生蝎子完全没有金属富集,金属直到第二龄期才出现。
坎贝尔承认,蝎子以难以研究而闻名:夜行性、沙漠栖息、喜欢挖洞。他说:‘我们并不百分之百了解它们的行为。如果能将我们在野外观察到的、它们与环境互动的方式以及我们在实验室中在外骨骼中发现的东西真正关联起来,那将是一项非常非常庞大的研究。’