Skorpione sind so metallisch – im wahrsten Sinne des Wortes. Neue Bilder zeigen Muster, wie ihre Waffen mit Eisen, Zink und Mangan verstärkt sind

Wissenschaftler wussten, dass die Stacheln und Zangen dieser Spinnentiere im Allgemeinen Metalle enthielten, aber eine neue von Smithsonian geleitete Studie untersucht, wie diese Komponenten verteilt sind

Skorpione haben acht Beine wie eine Spinne, Krallen wie ein Hummer und einen nach oben gebogenen Schwanz, der in einem giftigen Sporn endet, wie scheinbar kein anderes Lebewesen. In ihren Exoskeletten gibt es ein weiteres faszinierendes Merkmal: Die Stacheln und Klauen der Raubtiere sind mit Metallen verstärkt.

Der größte Teil des Exoskeletts eines Skorpions besteht aus Chitin, einem komplexen Zucker, der eine robuste Schutzhülle für den Körper des Tieres bildet. Doch ihre Krallen und Stacheln, die beim Greifen und Stechen starken Aufprallkräften ausgesetzt sind, müssen besonders robust sein – vor allem, weil ausgewachsene Skorpione keine verlorenen Körperteile reparieren können. „Wenn etwas beschädigt wird oder kaputtgeht, bleiben sie ein Leben lang daran hängen“, sagt die Skorpionbiologin Lauren Esposito.

Wissenschaftler wussten, dass die Stacheln und Zangen einiger Skorpione mit Metallen angereichert sind, waren sich jedoch nicht sicher, wie diese Elemente in den Waffen organisiert sind – oder wie ihre Konzentration zwischen den Arten variiert. Angesichts der Tatsache, dass es weltweit Tausende von Skorpionarten gibt und nur wenige davon im Detail auf ihre Metalle hin untersucht wurden, hatten die Forscher viele Fragen.

„Skorpione sind unglaubliche Jäger“, sagt Sam Campbell, Biologe und ehemaliger Doktorand am Smithsonian National Museum of Natural History, in einer Erklärung. Er wollte herausfinden, „ob diese Metallanreicherung mit der Art und Weise zusammenhängt, wie sie jagen“.

In einer neuen Studie, die am 28. April in der veröffentlicht wurde Zeitschrift der Royal Society Interfacewandten sich Campbell und sein Team den Sammlungen des Museums zu, um Licht auf die Anatomie dieser Spinnentiere zu werfen. Mithilfe von Röntgenanalysen, Elektronenmikroskopen und Lasern, die dünner als die Breite eines menschlichen Haares sind, haben sie 18 Skorpionarten aus verschiedenen Familien gezielt identifiziert. Die Bilder der Wissenschaftler enthüllten Muster in der Verteilung von Metallen – insbesondere Zink, Mangan und Eisen – im Körper der Skorpione.

Zunächst stellten sie fest, dass die Metalle nur in lokalisierten Bereichen vorkommen. Anstatt die gesamte Zange oder den gesamten Schwanz mit einer Metallpanzerung zu umhüllen, verstärken diese Elemente nur die zahnähnlichen Strukturen an der Innenkante jeder Klaue und die spitze Nadel ganz an der Spitze des Stachels.

Die Forscher fanden heraus, dass Eisen nur in den Klauen vorkam und Mangan nur im Stachel vorkam. Zink war in beiden Waffen zu sehen – allerdings war es bei jeder Waffe ungleichmäßig zu sehen.

„Skorpione, die für ihren Stachel stark in Zink investieren, haben im Allgemeinen einen niedrigeren Zinkgehalt in ihren Krallen“, und umgekehrt, sagt der Co-Autor der Studie, Edward Vicenzi, ein Forschungswissenschaftler am Smithsonian’s Museum Conservation Institute. Es deutet auf einen „evolutionären Kompromiss“ hin, bei dem eine der Waffen durch das Metall stärker gestärkt wird.

Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass viele Skorpione dazu neigen, bei der Jagd bevorzugt eine ihrer Waffen einzusetzen. Die Entdeckung, dass Zink typischerweise eine Waffe stärker anreichert als die andere, unterstützt diese Idee zusätzlich. „Einige Skorpione verlassen sich mehr darauf, ihre Beute zu stechen, und andere Skorpione verlassen sich mehr darauf, ihre Beute mit ihren Zangen zu fangen und zu greifen“, sagt die Co-Autorin der Studie, Hannah Wood, Forschungsentomologin und Kuratorin für Spinnentiere am National Museum of Natural History. „Und dazwischen gibt es Abwechslung.“

Bei 12 Skorpionstacheln befand sich Zink ganz an der Spitze. Und in einigen von ihnen befand sich darunter separat gestapeltes Mangan. „Es sieht wirklich aus wie ein geschichtetes Eis am Stiel“, sagt Vicenzi. In den Klauen, wo Zink und Eisen vorhanden waren, waren die Elemente eher vermischt als diskret.

Als das Team die Klauen untersuchte, fand es etwas, das es überraschte: Skorpione mit kleineren und schwächeren Zangen hatten mehr Zink und Eisen in diesen Waffen als Arten mit größeren und stärkeren Klauen. Diese Elemente könnten der Schlüssel dazu sein, kleine Zangen langlebiger zu machen.

„Wenn man wirklich große Zangen hat, ist es wahrscheinlicher, dass man viel Kraft aufwendet, diese Kraft aber etwas langsam anwendet, wohingegen kleine Dinge einfach sehr schnell sind; sie sind wirklich reaktiv“, sagt der Biologe Esposito, der nicht an der Studie beteiligt war. „Das würde meiner Meinung nach bedeuten, dass sie wahrscheinlich auch dazu neigen, viel leichter zu brechen, weil sie diese wirklich schnelle Kraft auf ein ziemlich empfindlich konstruiertes Körperteil anwenden.“

Eine Verstärkung dieser Schnellverschlusskrallen mit Metallen „würde für mich sehr sinnvoll sein“, fügt sie hinzu.

Über die Bildgebung hinaus analysierte das Forschungsteam die evolutionären Beziehungen der Skorpione im gesamten Stammbaum. Dies war entscheidend, um aussagekräftige Daten zu erhalten, sagt Wood. Wenn sich beispielsweise herausstellen würde, dass eine Gruppe von Skorpionen alle eine ähnliche Metallverteilung aufweist, könnte dies als bedeutsamer Befund angesehen werden – bis Wissenschaftler herausfinden, dass sie alle eng miteinander verwandt sind und daher voraussichtlich ähnliche Muster aufweisen. Deshalb achtete das Team darauf, Skorpione aus verschiedenen Familien auszuwählen und ihre evolutionäre Vergangenheit aufzuklären.

„Das ermöglicht eine leistungsfähigere Analyse“, sagt Wood. „Das war ein wirklich neuer Aspekt dieser Studie.“

Skorpione sind mit ihrer metallischen Natur nicht allein. Auch andere Arthropoden, darunter Ameisen, Wespen und Tausendfüßler, haben mit Metall angereicherte Körperteile. Die in dieser Studie beschriebenen Methoden könnten, so die Forscher, ein Modell für die Untersuchung der Metalle bei all diesen Lebewesen sowie bei anderen Skorpionen bieten. „Ich hoffe, dass zukünftige Studien unseren Ansatz nutzen werden und wir dann umfassendere biologische Interpretationen vornehmen können“, sagt Vicenzi.

Esposito sagt, die Arbeit sei ein „aufregender“ Fortschritt für die Skorpionbiologie und alles, was Wissenschaftler über die alten Tiere erfahren, ermögliche ein besseres Verständnis dafür, „wie sie es geschafft haben, 450 Millionen Jahre zu überleben“.

Aufgrund ihrer einschüchternden Waffen und schmerzhaften Stiche können Skorpione einen schlechten Ruf haben. Aber wenn man die Biologie hinter ihrem Arsenal kennenlernt, könnten sie eher faszinierend als furchterregend wirken. Das Studium der Tiere kann „der Öffentlichkeit helfen zu verstehen, wie kompliziert und interessant diese Kreaturen sind und unserer Liebe würdig“, sagt Wood. „Ich liebe Spinnentiere. Sie sind einfach wirklich interessante Organismen.“