Venom metering in scorpions under controlled threat levels

Abstract

Scorpion venom is a complex mixture of toxins. A lot of work is being done on the biochemical properties of the scorpion venom and not that much of work has yet been performed on the biomechanical aspects of scorpion venom delivery. The amount of venom released during different stings is known to be different. Scorpions, just like snakes and spiders, have the ability to meter the amount of venom they want to expel. The main reason why venom is metered is that its production is an expensive metabolic investment. In snakes, metabolic rate can be increased up to 11% during venom regeneration, and in scorpions it gets even higher, up to 39%, for milked specimens compared to the unmilked ones. Many factors can influence the amount of venom scorpions release. Factors like the amount of total venom present in the scorpion’s venom glands at that moment and the perceived level of threat to the scorpion. The level of threat is the factor that was manipulated in this study in order to test its influence on the volume of released venom. Hadrurus arizonensis, a species of big desert scorpion, was used in this study. Our results show that during ten consecutive attacks to which scorpions were exposed in rapid succession, venom volume released on each attack is being controlled by the scorpion, changing the amount of released venom between the attacks. Overall, the amount of venom released on consecutive attacks decreases, but there is high inter-individual variability.The number of dry stings, where no venom is released whatsoever, increases with the number of consecutive threats, and also varies by individual. In conclusion, results from the study do support the first hypothesis which defends that scorpions are able to meter the amount of venom that they expel during a sting. However the second hypothesis was rejected, since it was expected that larger quantities of venom would be released as the level of threat increased and precisely the opposite was observed,

O veneno de escorpião é uma complexa mistura de toxinas. Grande parte do trabalho que está a ser desenvolvido com este animal foca-se nas propriedades bioquímicas do veneno deste organismo, fugindo dos aspectos biomecânicos de injeção desse mesmo veneno. A quantidade de veneno que é libertada em diferentes picadas não se mantém constante e, tal como cobras e aranhas, os escorpiões possuem a capacidade de alterar e medir a quantidade de veneno que expulsam. A principal razão deste controlo, prende-se com a carga metabólica associada á produção desta mistura de toxinas. No caso das cobras, durante a regeneração do veneno, a taxa metabólica pode aumentar até 11%. Nos escorpiões o aumento pode ser ainda maior, atingindo os 39%, quando comparado com indivíduos não sujeitos a extração de veneno. São vários os fatores que influenciam a quantidade de veneno expelida pelos escorpiões, desde a quantidade total de veneno disponível nas glândulas de veneno ao nível de perigo a que o escorpião está sujeito. Neste estudo, o nível de perigo foi o fator manipulado, de modo a testar sua influência na quantidade de veneno expelido pelos escorpiões Hadrurus arizonensis, espécie utilizada neste projeto. Os resultados deste estudo demonstram que, ao longo de dez ataques consecutivos a que os escorpiões foram submetidos, a quantidade de veneno libertado foi controlada pelo organismo, havendo variação do volume expelido entre os diferentes ataques. De um modo geral, a quantidade de venenolibertado foi reduzindo ao longo de ataques consecutivos, observando-se, no entanto, uma grande variabilidade a nível individual. O número de picadas, durante as quais não foi observada libertação do veneno, aumentou com número dos ataques consecutivos a que os individuos foram submetidos. Em conclusão, os resultados deste estudo confirmam a primeira hipótese de os escorpiões possuírem a capacidade de controlar a quantidade de veneno injetado durante uma picada. No entanto, a segunda hípotese foi rejeitada, pois era esperado que maiores quantidades de veneno fossem libertadas à medida que o nível de ameaça aumentasse, no entanto, foi observado precisamente o oposto.