Humor­voll phi­lo­so­phi­sche und streng wis­sen­schaft­li­che Ein­ord­nun­gen zum Sta­chel des Skor­pi­ons mit mensch­li­chen Quer­ver­wei­sen. Neue Stu­die mit Betei­li­gung der Öster­rei­chi­schen Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten (ÖAW) beleuch­tet unter­schied­li­che Ein­satz­wei­sen und Verstärkungsmuster.

Jagd, Schutz, Selbst­ver­tei­di­gung sind die Ein­satz­ge­biete für den Sta­chel. Die Fort­pflan­zung gehört nicht dazu. Beim Skor­pion natür­lich. Der Skor­pion res­sor­tiert zu den Spin­nen­tie­ren (Anm. Arach­nida), er gilt als nacht­ak­ti­ves „Raub­tier“ mit acht Bei­nen, zwei Sche­ren und eben einem Gift­sta­chel – den der Autor die­ses Tex­tes schon ein­mal „ken­nen lernte“.

Vorab ist der Skor­pion auch ein Stern­zei­chen (Anm. 24. Okto­ber bis 22. Novem­ber), das für tief­grün­dige Lei­den­schaft, Inten­si­tät und mutige Ent­schlos­sen­heit steht, und zudem auch für Rach­sucht oder Kom­pro­miss­lo­sig­keit. Sein Sta­chel steht dann ent­spre­chend, neben rea­len Funk­tio­nen, auch als Meta­pher für unter­schied­li­che Anwen­dungs­for­men der ange­führ­ten Charakterzüge. 

Der Skor­pion als mensch­li­cher Aszendent

Als Aszen­dent, der in der zwei­ten mensch­li­chen Lebens­hälfte zum eigent­li­chen und dann cha­rak­ter­lich aus­schlag­ge­ben­den Stern­zei­chen wer­den soll, kann er das eigent­li­che Stern­zei­chen von Men­schen, bzw. des­sen damit ver­bun­dene Cha­rak­ter­ei­gen­schaf­ten aus­glei­chen, ergän­zen oder etwaig auch ersetzen. 

Ist die­ses eigent­li­che Stern­zei­chen der Fisch mit damit ver­bun­de­nen Wesens­zü­gen wie aus­ge­prägte Intro­ver­tiert­heit, Sen­si­bi­li­tät oder gar grü­bel­haf­ten Abwä­gungs­ten­den­zen, dann kön­nen die skor­pio­nes­ken Eigen­schaf­ten befrei­end erfri­schen und zu neuem Hand­lungs­ei­fer motivieren.

Bestimmte Eigen­schaf­ten im Laufe der Evolution

Zurück aber nun zum tie­ri­schen Lebe­we­sen Skor­pion, wo die Art­ge­nos­sen ihren Sta­chel eben zur Jagd, zum Schutz und zur Selbst­ver­tei­di­gung ein­set­zen. Eine neue Stu­die zeigt nun, dass sich diese unter­schied­li­chen Ein­satz­sze­na­rien direkt in der Mate­ri­al­struk­tur und der Che­mie der Sta­cheln widerspiegeln. 

Ent­schei­dend ist dabei nicht nur, wel­che metal­li­schen Ele­mente ein­ge­baut wer­den, son­dern auch, wie die Chi­tin­fa­sern im Inne­ren ange­ord­net sind. Die Ergeb­nisse lie­fern Hin­weise dar­auf, wie sich robuste und gleich­zei­tig leichte und lang­le­bige Mate­ria­lien ent­wi­ckeln las­sen – und warum sich bestimmte Eigen­schaf­ten im Laufe der Evo­lu­tion in der Natur durch­ge­setzt haben.

Die Skor­pion­ar­ten „Cen­tru­ro­ides plat­ni­cki“ und „Nebo whitei“ 

Für die mecha­ni­schen Unter­su­chun­gen war unter ande­rem ein Team vom Erich-Schmid-Insti­tut für Mate­ri­al­wis­sen­schaf­ten der Öster­rei­chi­schen Aka­de­mie der Wis­sen­schaf­ten (ÖAW) betei­ligt. Gelei­tet wurde die Stu­die von Helga Lich­ten­eg­ger von der Uni für Boden­kul­tur (BOKU). Ana­ly­siert wur­den zwei Skor­pion­ar­ten mit unter­schied­li­chem Lebensstil. 

Die Skor­pion­art „Cen­tru­ro­ides plat­ni­cki“ nutzt den Sta­chel aktiv zur Jagd, wäh­rend Kol­lege „Nebo whi­tei“ ihn vor allem zur Ver­tei­di­gung ein­setzt. „Also wird ein Sta­chel täg­lich benutzt oder täg­lich bean­sprucht und der andere nur manch­mal“, erklärt Sta­nis­lav Zak vom Schmid-Insti­tut. „Wir woll­ten ver­ste­hen, ob sich das auch in den Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten wider­spie­gelt“, ergänzt Megan Cor­dill, ebenso Mit­glied im For­scher­team.

Unter­schied­li­che Stra­te­gien für unter­schied­li­che Nut­zung

Die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten wur­den mit­tels soge­nann­ter Nanoin­den­ta­tion unter­sucht. Dabei kommt eine feine Dia­mant­spitze zum Ein­satz, mit der sich Objekte mes­sen las­sen, die klei­ner als ein mensch­li­ches Haar sind. Mit genau kon­trol­lier­ter Kraft wird die Spitze in das Mate­rial gedrückt. 

„Soweit wir wis­sen, sind wir die ers­ten, die Skor­pi­on­s­ta­cheln inden­tiert und Ergeb­nisse dar­aus gewon­nen haben“, sagt Cor­dill. Aus der Reak­tion des Mate­ri­als ließ sich bestim­men, wie hart und wie steif die ver­schie­de­nen Schich­ten des Sta­chels sind. „So konn­ten wir nicht nur Unter­schiede zwi­schen den bei­den Arten mes­sen, son­dern auch zei­gen, wie sich die Eigen­schaf­ten ent­lang des Sta­chels von der Spitze bis zur Basis ver­än­dern“, erklärt Cordill.

Häu­fig ein­ge­setz­ter Sta­chel muss lang­le­big und ver­schleiß­fest sein

Wäh­rend beim Kol­le­gen Nebo whi­tei ein höhe­rer Zink­an­teil in der äuße­ren Schicht vor­kommt, ist der Sta­chel von Cen­tru­ro­ides plat­ni­cki stär­ker durch Man­gan und Kal­zium geprägt. Man­gan und Kal­zium tra­gen stär­ker zu Stei­fig­keit und Sta­bi­li­tät bei, wäh­rend Zink nicht auto­ma­tisch zu grö­ße­rer Härte führt und eher mit kurz­fris­ti­ger Här­tung ver­bun­den ist. Ob diese Erkennt­nisse nun auch neue phy­si­sche Behand­lungs­sze­na­rien bei älte­ren huma­no­iden Männ­chen aus­lö­sen, wird sich zeigen.

Bei den Skor­pio­nen pas­sen die Unter­schiede jeden­falls genau zum Ver­hal­ten der Tiere: Ein Sta­chel, der häu­fig ein­ge­setzt wird – etwa zur Jagd – muss vor allem lang­le­big und ver­schleiß­fest sein. Er darf sich nicht schnell abnut­zen, son­dern muss viele Ein­sätze über­ste­hen. Wird der Sta­chel hin­ge­gen nur sel­ten ver­wen­det, etwa zur Ver­tei­di­gung, kommt es weni­ger auf Dau­er­haf­tig­keit an – dafür aber auf maxi­male Belast­bar­keit im ent­schei­den­den Moment. Er muss kurz­fris­tig beson­ders hohen Kräf­ten stand­hal­ten, wenn es dar­auf ankommt. Wie­derum wäre eine huma­no­ide Meta­pher zumin­dest denkbar.

Inspi­ra­tion für neue Mate­ria­lien und Ver­glei­che

Die skor­pion­tech­ni­schen Ergeb­nisse zei­gen dann noch, dass die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten nicht linear mit der Metall­kon­zen­tra­tion zuneh­men. Statt­des­sen scheint es ein opti­ma­les Zusam­men­spiel aus che­mi­scher Zusam­men­set­zung und Struk­tur zu geben – ein Hin­weis dar­auf, wie prä­zise bio­lo­gi­sche Mate­ria­lien ange­passt sind. Für die For­schung sind sol­che Sys­teme beson­ders interessant. 

Das gilt auch für lus­tige Publi­zis­ten bzw. Autoren – noch dazu, wenn diese ein­mal von einem Skor­pion gesto­chen wur­den. Das pas­sierte im (Ur)Regenwald von Costa Rica und bis zur ein­hei­mi­schen Auf­klä­rung, dass die­ser Stich jetzt nicht töd­lich war, dau­erte es (immer­hin) eine halbe Stunde, voll mit ent­spre­chen­den Ängs­ten. Aber wie­der retour zu den ÖAW-Forschern.

„Wir kön­nen sehr viel von der Natur ler­nen, wenn es um das Design von Mate­ria­lien geht. Das ermög­licht uns zu sehen, wo die Funk­tio­na­li­tä­ten im Ver­hält­nis zum mecha­ni­schen Ver­hal­ten und zum Lebens­stil lie­gen“, sagt Cor­dill. „Am Bei­spiel der Skor­pione braucht man andere Eigen­schaf­ten, wenn ein Sta­chel nur gele­gent­lich ein­ge­setzt wird, als wenn er täg­lich genutzt wird“, unter­streicht Cor­dill. Ja, auch hier wäre ein huma­no­ider Ver­gleich zuläs­sig. (red/​czaak)