سيفضل العقرب ذو الكماشات الرفيعة استخدامها للإمساك بفريسته للحظة قصيرة ولسعها على الفور. يشرح الباحث إسرائيل كيليرشتاين من معهد وايزمان أن العقرب ذو الكماشات السميكة سيستخدمها لسحق الفريسة.
لقد كانوا يسيرون على الأرض لأكثر من 400 مليون سنة. يمكن العثور عليها في أي مكان في العالم وفي جميع المناخات - باستثناء القارة القطبية الجنوبية. وهي من أكلة لحوم البشر الانفرادية التي قد تلتهم أقاربها، وحتى ذريتهم، ولكنها قادرة على الامتناع عن الطعام لعدة أشهر، وتتوهج في الظلام (عند إضاءتها بالأشعة فوق البنفسجية). العقارب، من عائلة المفصليات، هي من اللافقاريات ذات هيكل خارجي يعرف باسم "بشرة" وزوج من الكماشات متعددة الأغراض التي تستخدم للحماية والفريسة والحفر وحتى التودد والتكاثر. قام علماء معهد وايزمان للعلوم مؤخرًا بفك رموز الهيكل الهرمي متعدد الطبقات للهيكل الخارجي لكماشات العقرب - من مستوى النانومتر إلى مستوى المليمتر. وهذا الهيكل المتطور، الذي يسمح للعقارب بالبقاء على قيد الحياة في ظروف صعبة للغاية، قد يكون بمثابة مصدر إلهام في تخطيط وتصميم مواد مركبة جديدة لصالح الإنسان.
بدءًا من درع السلحفاة وقرون الأيائل وحتى قرون البذور النباتية، تقوم المجموعة البحثية للبروفيسور دانييل فاغنر من قسم المواد والأسطح بدراسة الهياكل التي تطورت في الطبيعة وتم تحسينها على مدى ملايين السنين من التطور. وذلك بهدف تسخير "حكمة الطبيعة" لتحسين العديد من الأجهزة التي صنعها الإنسان - من الطائرات والروبوتات إلى راكبي الأمواج والملابس المقاومة للماء. بفضل تعدد استخداماته، أصبح الهيكل الخارجي المفصلي موضوعًا بحثيًا مهمًا في مجال تطوير المواد المستوحاة من الطبيعة. "لقد تم تخصيص العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة لبنية بشرة السرطانات والكركند. "تم تصميم بشرة كماشة العقرب للتعامل مع أنواع مختلفة من الجهود - بدءًا من الحماية من العناصر إلى حفر الجحور في الأرض، ولكنها حظيت باهتمام بحثي أقل بكثير،" كما يقول طالب البحث إسرائيل كيليرشتاين وعالم الفريق الدكتور شياو مينج سوي من جامعة كاليفورنيا. مجموعة البروفيسور فاغنر.
على الرغم من وجود مئات الأنواع من العقارب، إلا أن بنية أجسامها متشابهة بشكل ملحوظ في كل مكان - على الشاطئ وفي الغابة وفي الجبال وفي الصحراء - باستثناء تغيير واحد: حجم الكماشة. تؤدي الاختلافات في حجم المواضع إلى اختلافات كبيرة في السلوك. "يفضل العقرب ذو الكماشات الرفيعة استخدامها للإمساك بفريسته للحظة قصيرة ثم يلسعها على الفور. يشرح كيلرستين أن العقرب ذو الكماشات السميكة سيستخدمها لسحق الفريسة. "تُستخدم الملقط السميك أيضًا للحماية - على سبيل المثال لحفر التجاويف في الأرض وسدها." بمساعدة سلطة الطبيعة والمتنزهات ومركز دوكيفات لعلم الطيور والبيئة في يروحام، قام كيلرشتاين بجمع عقارب ناضجة من منطقة سدي بوكر تختلف في حجم كماشة - وهي عقرب أصفر اليد (Scorpio Maurus Palmatus)، وهو كما يطلق عليه، والعقرب الإسرائيلي (Occitanus Buthus) الإسرائيلي، الذي يمتلك كماشة رفيعة أكثر، وذلك بهدف فهم العلاقة بين بنية البشرة في الكماشة ووظيفتها وخواصها الميكانيكية.
تتكون كماشة العقرب، سواء كانت سميكة أو رفيعة، من ساق ثابتة (الظنبوب) و"إصبع" متحرك (طرسوس). كما هو الحال مع المفصليات الأخرى، تتكون البشرة من مادة مركبة من ألياف الكيتين المرتبطة ببعضها البعض في مادة بروتينية صلبة مدمجة مع أيونات معدنية. ومع ذلك، فإن البنية الهرمية للهيكل العظمي للعقرب أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الموجودة في الكماشات الأخرى: اكتشف الباحثون أن بشرة الكماشة تحتوي على ثمانية مستويات هرمية - وينقسم المستوى الهرمي الثاني إلى أربع طبقات فرعية، مقابل ثلاث طبقات فقط. في الكركند وسرطان البحر. الطبقة الخارجية عند هذا المستوى هي الطبقة السطحية - وهي طبقة يبلغ سمكها مئات النانومترات فقط، ولا تحتوي على ألياف الكيتين ولا تساهم بأي شيء ميكانيكيًا؛ الطبقة التالية، الطبقة الخارجية، تتكون من أربع طبقات فرعية في العقرب ذات الشعيرات السميكة (حوالي 20 ميكرون) وطبقتين فقط في العقرب مع الشعيرات الرقيقة (حوالي عشرة ميكرون)؛ ثم تظهر الطبقة التي لا مكان لها في الكماشات الأخرى: طبقة تتكون من صفائح رفيعة رأسية (صفائح)، تتكون بدورها من طبقات من ألياف الكيتين المتقطعة ذات الاتجاه الموحد؛ وأخيرًا الطبقة الداخلية - الطبقة الأعمق المبنية في هيكل "بوليجاند": مجموعة من الطبقات موضوعة فوق بعضها البعض بزاوية بحيث يتم تشكيل دوامة تدور 180 درجة حول المحور. في حالة العقرب ذو الدبوس السميك، فإن الطبقات الفرعية الموجودة في الطبقة الداخلية من الجلد تزداد سماكة تدريجيًا، بينما في ابن عمه الرقيق، فإنها تصبح أكثر سمكًا وسمكًا بالتناوب.
كشف فك رموز الهيكل الخارجي المتطور في كلا النوعين من العقارب أن بشرة الكماشات الرقيقة مبنية على السرعة وليس القوة - وبالتالي تسمح للعقرب بالتقاط الفرائس الصغيرة والسريعة بسرعة ودقة، في حين أن الكماشات السميكة أقوى من السرعة - وبالتالي توفير حماية أفضل للعقرب ذو الكماشة السميكة. "من مستوى الألياف المفردة إلى المستوى المرئي - كل مستوى في البنية الهرمية للبشرة له خصائص ميكانيكية فريدة تتيح معًا تعدد الاستخدامات"، يلخص كليرستين النتائج. وفي وقت لاحق، سيقوم العلماء بقياس الخواص الميكانيكية أيضًا على المستوى الكلي للبشرة لفهم مقاومتها للأحمال المختلفة. ستجعل هذه القياسات، إلى جانب فك رموز الهيكل، من الممكن تحضير مادة مركبة اصطناعية بقدرات ميكانيكية محسنة مستوحاة من بشرة العقرب.
