Tra le meraviglie del mondo naturale pochi hanno mai notato: un collembolo semi-acquatico in movimento.
Ci sono oltre 9.000 specie conosciute di collemboli in tutto il mondo: piccoli invertebrati simili a pulci. Molti vivono in habitat bui e umidi, ma si trovano in tutti e sette i continenti; Alcuni addirittura migrano sul ghiaccio. Gli artropodi si muovono sulla Terra lanciando i loro corpi in aria, a volte girando 500 volte al secondo, come gli artisti circensi che sparano da cannoni autonomi. Ma buona fortuna guardando il loro spettacolo di trapezi: la maggior parte dei collemboli sono “piccoli come un granello di sabbia”, ha detto Victor Ortega Jimenez, un ricercatore di biomeccanica presso l’Università del Maine che ha studiato la specie.
Ora, la dottoressa Ortega Jimenez e colleghi hanno rilasciato video ingranditi e rallentati di questi salti ad alto numero di ottani. Un articolo Pubblicato lunedì sulla rivista Proceedings of National Academy of Sciences, rivela un elemento di controllo del corpo quasi aggraziato. Le immagini forniscono una spiegazione dettagliata di come i collemboli saltano in aria e atterrano in piedi ogni volta che atterrano.
Dott. Ortega Jiménez ha detto che il controllo dei collemboli spesso deriva dalla loro caratteristica più unica ed enigmatica, il coloforo, un tubo che sporge dal loro addome. Questo tubo interagisce con le forze attorno all’animale in modi sottili: resistenza, tensione superficiale, gravità. “Sfruttano l’acqua e l’aria”, ha detto la dottoressa Ortega Jimenez.
I collemboli non sono insetti, sebbene siano stati a lungo classificati a causa delle loro sei zampe, dei corpi segmentati e delle antenne. Poiché le loro bocche sono ritratte nelle loro teste, ora formano la maggior parte di una classe tassonomica separata: Entognatha.
Tassonomicamente, i collemboli sono chiamati Collembola, un termine coniato dal poliedrico inglese John Lubbock nel XIX e all’inizio del XX secolo. La parola deriva dalle parole greche per “colla” e “cuneo”. Lubbock ha scelto il nome dal comportamento che ha osservato dopo aver lanciato i collemboli sulla schiena e tenuto un pezzo di vetro sulla pancia. Gli animali raggiungono il pezzo con le zampe, mentre le punte dei loro colofori espellono un liquido che lo spinge verso la superficie. Questo fluido, Lubbock ha scritto“Senza dubbio, dà una presa migliore.”
Altri scienziati hanno contestato questa spiegazione dell’azione della coloforina. Nel 20° secolo, la spiegazione funzionale più ampiamente accettata per il coloforo, l’unica parte del corpo di un collembolo che attira l’acqua, era un Un modo per assorbire i nutrienti. Altre applicazioni sono state proposte nel 21° secolo: si tratta di a Strumento autopulente O un modo Esegui un salto a coda di rondine.
Concentrandosi su come si muovono gli animali, il Dr. Ortega Jimenez si interessò ai collemboli quando li vide saltare vicino a un ruscello. Si pensava che gli animali fossero in grado di indicarsi solo in una direzione Vola in modo massiccio nell’aria, la dott.ssa Ortega Jiménez ha osservato che quando gli artropodi saltavano dalla riva nell’acqua, atterravano esattamente dove erano partiti. Ciò richiede una qualche forma di controllo durante l’intero salto.
Il dottor è tornato in laboratorio. Ortega Jimenez ha iniziato a fotografare i collemboli in volo e ha progettato una piccola galleria del vento per vedere come gli animali affrontavano le diverse condizioni dell’aria. Ha scoperto che il coloforo di una coda primaverile era coinvolto in tutte le parti della scheda.
Durante il decollo, le colofore raccolsero una goccia d’acqua quando i collemboli sfondarono nell’acqua le loro forcelle simili a una coda. Mentre gli animali giravano nell’aria, piegavano i loro corpi a forma di U, che rallentava la loro rotazione e alla fine permetteva loro di volare dritti nell’aria come mini supereroi.
Quando venivano capovolti mentre si trovavano in una galleria del vento, i collemboli con goccioline d’acqua sulle loro colofore sono stati in grado di ruotare se stessi entro 20 millisecondi, più velocemente di qualsiasi animale registrato in precedenza. Dalle casse, i collemboli sono atterrati e il coloforo acquoso ha dato loro una base più stabile e una consistenza appiccicosa in superficie.
“Stavano facendo paracadutismo e sono atterrati in piedi”, ha detto la dottoressa Ortega Jimenez.
Utilizzando modelli matematici, i ricercatori hanno scoperto che le code primaverili con goccioline d’acqua nei colopore hanno fallito significativamente meno durante l’atterraggio rispetto alle code primaverili secche; Saranno in piedi a metà tempo. Sebbene la coloforina possa avere altre funzioni, il suo ruolo nel saltare – durante il decollo, il volo e l’atterraggio – sembrava essere importante, ha affermato Saad Bamla, ricercatore di biomeccanica presso il Georgia Institute of Technology. “Questo, per me, è l’aspetto interessante qui”, ha detto.
Il dottor Bumla ha aiutato a coinvolgere i robotici che hanno progettato un robot basato su una coda a molla che si raddrizzava in aria e atterrerebbe in piedi il 75 percento delle volte. Questo tipo di controllo è stato sottovalutato nella robotica, che si è concentrata principalmente sul decollo. Costruire una macchina in grado di atterrare costantemente in piedi significa costruire una macchina pronta a saltare rapidamente. “Perché se riescono a controllare il salto, possono continuare a farlo ancora e ancora”, ha detto il dottor Bamla. “È molto interessante.”
Questo potrebbe anche fornire una spiegazione evolutiva per i salti dei collemboli, ha detto la dott.ssa Ortega Jimenez. Sebbene a questo punto ci siano molte speculazioni e “l’evoluzione di questi animali che saltano è un mistero”, il rapido recupero da un salto consente ai collemboli di eludere meglio i predatori. “Essere preparati è essenziale per sopravvivere”, ha affermato la dott.ssa Ortega Jimenez.
Tanto controllo in un animale così piccolo ha sorpreso i ricercatori. Ma le dinamiche su piccola scala sono spesso negative e anche le caratteristiche fondamentali possono essere facilmente trascurate. Un po’ d’acqua nell’addome può cambiare tutto.
“Sulla base del design, è piuttosto assurdo”, ha detto il dottor Bamla. “È come, ‘Perché non ci ho pensato?’
