Các nhà khoa học từ Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian và Viện Bảo tồn Bảo tàng Smithsonian (Mỹ) vừa công bố một khám phá đầy bất ngờ về loài bọ cạp trên tạp chí Journal of the Royal Society Interface.
Nghiên cứu mới cho thấy, thay vì chỉ dựa vào nọc độc và sức mạnh cơ học của đôi càng, sinh vật này còn âm thầm "gia cố" các loại vũ khí của mình bằng các nguyên tố kim loại như kẽm, mangan và sắt để tối ưu hóa hiệu quả săn mồi.
Bọ cạp không chỉ sở hữu nọc độc và càng kẹp sắc nhọn mà còn “gia cố” chúng bằng kim loại như kẽm, mangan và sắt. Ảnh: Paul Bester/SWNS
Đây là lần đầu tiên, một nghiên cứu có quy mô lớn được thực hiện khi phân tích chi tiết cấu trúc phân bổ kim loại trên 18 loài bọ cạp khác nhau. Trước đó, giới côn trùng học vốn chỉ biết sơ bộ về sự hiện diện của một lượng nhỏ kim loại trong bộ xương ngoài của chúng, mà chưa rõ cách thức sắp xếp hay vai trò cụ thể của lượng kim loại này trong chiến lược sinh tồn.
Bằng việc sử dụng kính hiển vi điện tử độ phân giải cao kết hợp với kỹ thuật phân tích tia X, nhóm chuyên gia do tác giả chính Sam Campbell dẫn đầu đã lập được "bản đồ" chính xác vị trí của từng nguyên tố trong ngòi độc và càng kẹp.
Kết quả cho thấy một cấu trúc phân tầng vô cùng tinh vi tại ngòi độc (telson), nơi kẽm tập trung dày đặc ở đầu kim để tối ưu khả năng xuyên thủng lớp da của con mồi.
Ngay phía dưới lớp kẽm là một lớp mangan được phân định ranh giới rõ ràng, tạo nên cấu trúc tương tự như một chiếc "que kem xếp tầng". Lớp mangan này đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ chấn động và tăng tính linh hoạt, giúp ngòi độc vừa giữ được độ cứng cần thiết, vừa không bị gãy vỡ khi thực hiện các cú đâm mạnh bạo.
Đối với bộ phận càng kẹp, sự "gia cố" kim loại cũng diễn ra theo một cơ chế đặc thù khi chỉ xuất hiện dọc theo mép cắt và các răng cưa nhỏ ở phần di động. Tùy vào từng loài bọ cạp mà chúng có thể chỉ sử dụng kẽm hoặc kết hợp cả kẽm và sắt.
Một điểm thú vị khác được phát hiện là sắt không tập trung ở những loài có càng to khỏe dùng để nghiền nát con mồi như giả thuyết trước đây. Ngược lại, sắt và kẽm lại hiện diện nhiều hơn ở những loài sở hữu đôi càng mỏng dài.
Theo nhận định của chuyên gia Campbell, những chiếc càng yếu về lực nghiền này cần được bổ sung kim loại để tăng độ bền và khả năng bám giữ, giúp ngăn chặn con mồi tẩu thoát trong thời gian chờ đợi nọc độc phát huy tác dụng.
Ảnh hiển vi điện tử quét (SE) phần ngòi độc của một cá thể bọ cạp vỏ đỏ Tanzania (Babycurus Jacksoni). Ảnh: Sam Campbell/SWNS
Nghiên cứu còn chỉ ra một chiến lược tiến hóa thông minh mang tính "đánh đổi" giữa hai loại vũ khí: những loài đầu tư nhiều kẽm cho ngòi độc thường sẽ có càng kẹp ít kẽm hơn và ngược lại. Điều này minh chứng rõ nét cho việc kim loại được huy động để phục vụ chính xác chiến thuật săn mồi riêng biệt của từng loài.
Nhà nghiên cứu côn trùng học Hannah Wood từ Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Quốc gia Smithsonian nhấn mạnh rằng, việc khảo sát trên nhiều họ bọ cạp khác nhau đã giúp loại bỏ các yếu tố di truyền gần gũi, từ đó khẳng định đây là một sự thích nghi tiến hóa thực sự.
Edward Vicenzi, đồng tác giả nghiên cứu, thì mô tả: "Những phương pháp vi mô mà chúng tôi dùng cho phép nhìn thấy cách thiên nhiên khéo léo 'mạ' kim loại vào vũ khí của bọ cạp ở cấp độ cực kỳ chi tiết".
Với lịch sử tồn tại hơn 450 triệu năm, bí mật về "vũ khí sinh học" của bọ cạp không chỉ làm sáng tỏ khả năng thích nghi tuyệt vời của tự nhiên, mà còn mở ra triển vọng trong việc nghiên cứu các loài chân khớp khác như nhện hay rết.
Đồng thời, những thiết kế tiến hóa đầy thông minh này được kỳ vọng sẽ trở thành nguồn cảm hứng quý giá cho việc chế tạo các loại vật liệu bền và nhẹ trong tương lai.
