Centinaia di metri di profondità nel buio dell'oceano, uno squalo scivola verso quello che sembra un pasto. È un po' brutto, anguille e non particolarmente carnose, ma probabilmente ancora cibo. Quindi lo squalo colpisce.

È qui che l'interazione tra biologia e fisica diventa misteriosa, proprio quando lo squalo trova la sua cena interrotta da una nuvola di melma protettiva che è apparsa dal nulla intorno a un'altrimenti placida missina.

Jean-Luc Thiffeault, un professore di matematica dell'Università del Wisconsin-Madison, e i collaboratori Randy Ewoldt e Gaurav Chaudhary dell'Università dell'Illinois hanno modellato matematicamente il meccanismo di difesa che induce il bavaglio della missina, pubblicando oggi il loro lavoro nel Journal of the Royal Society Interface .

La missina oceanica è unica per tutte le ragioni più strane. Ha un teschio, ma senza spina dorsale o mascella. La sua pelle pende sciolta sul suo

corpo, attaccato solo lungo la parte posteriore. I suoi denti e le sue pinne sono primitivi, strutture sottosviluppate meglio descritte con qualificatori:"a forma di dente" e "a forma di pinna".

Ma ha un trucco incredibile che raccapricciante, manica di pelle allentata:in un batter d'occhio (o un lampo di coda e denti attaccanti) la missina può produrre molte volte il volume del suo stesso corpo in melma. Il goop è così denso e fibroso, i predatori non hanno altra scelta che sputare la missina e cercare di schiarirsi la bocca." La bocca dello squalo è immediatamente piena zeppa di questo gel, " dice Thiffeault. "In effetti, spesso li uccide, perché ostruisce le loro branchie."

Il gel è una rete aggrovigliata di microscopici, fili che intrappolano l'acqua di mare srotolati dalle palline della sostanza espulsa dalle ghiandole lungo la pelle della missina. Queste "matassi" hanno solo 100 milionesimi di metro di diametro (il doppio della larghezza di un capello umano), ma così densamente arrotolati da poter contenere fino a 15 centimetri di filo. Scienziati curiosi hanno già visto il dipanarsi prima, mettendo le matasse in acqua salata per vedere quanto tempo ci hanno messo a staccarsi.

"La missina lo fa in meno di mezzo secondo, ma ci sono volute ore di ammollo perché i fili si allentassero negli esperimenti, "dice Thiffeault, la cui ricerca è focalizzata sulla fluidodinamica e sulla miscelazione. "Finché non mescolarono l'acqua, ed è successo più velocemente. L'agitazione era la cosa."

I modellatori di slime hanno cercato di vedere se la matematica poteva dire loro se le forze dell'acqua turbolenta di un attacco mordi e scuoti erano sufficienti per srotolare le matasse e creare la melma, o se fosse necessario un altro meccanismo, come una reazione chimica che fornisce un po' di pop alla matassa.

Ewoldt, un professore di ingegneria meccanica, e il suo studente laureato Chaudhary iniziò a sbrogliare matasse sotto i microscopi, osservando il processo mentre le estremità sciolte del filo si attaccavano alla punta di una siringa in movimento e le lunghezze finali filavano fuori dalla palla.

"Il nostro modello si basa sull'idea di un piccolo pezzo che inizialmente penzola fuori, e poi un pezzo che viene tirato via, "dice Thiffeault. "Pensalo come un rotolo di nastro adesivo. Per iniziare a estrarre il nastro da un nuovo rotolo, potresti dover cercare la fine e staccarla con l'unghia. Ma se c'è già una fine libera, è facile prenderlo con qualcosa e andare avanti."

Lo srotolamento richiede una differenza abbastanza grande tra la resistenza sull'estremità libera e una spinta opposta sulla matassa - un rapporto più grande di un punto di svolta che i ricercatori chiamano informalmente "numero di spellatura" - per liberare più filo.

"È improbabile che ciò accada se l'intera cosa si muove liberamente nell'acqua, " dice Thiffeault. "La conclusione principale del nostro modello è che pensiamo che il meccanismo si basi sul fatto che i fili si impiglino in qualcos'altro:altri fili, tutte le superfici all'interno della bocca di un predatore, praticamente qualsiasi cosa, ed è da lì che può essere davvero esplosivo".

Non deve nemmeno essere un singolo intoppo.

"La biologia essendo così com'è, non deve essere esatto. Le cose diventano disordinate, "dice Thiffeault. "Quel pezzo di filo conduttore può impigliarsi un po', poi scivola, poi essere catturato di nuovo. Finché sta succedendo a abbastanza matasse, è abbastanza veloce che tu sia nella melma."

Le matasse possono ottenere una spinta dalle mucine, proteine ​​trovate nel muco che potrebbero accelerare la rottura del filo impacchettato, "ma questo genere di cose aiuterebbe solo l'idrodinamica, "dice Thiffeault, che una volta calcolarono la misura in cui la vita marina nuotando mescola interi oceani con le loro pinne e pinne.

"È solo difficile immaginare che ci sia un altro processo oltre al flusso idrodinamico che può portare a questi tempi, quell'esplosione di melma, " dice. "Quando lo squalo morde, che crea turbolenza. Che crea flussi più veloci, il genere di cose che forniscono il seme perché queste cose accadano. Niente accadrà così bene come nel nostro modello, che è più un buon inizio per chiunque voglia prendere più misurazioni, ma il nostro modello mostra che le forze fisiche giocano il ruolo più importante".

L'idrodinamica della melma di missina non è solo una curiosità. Comprendere la formazione e il comportamento dei gel è un problema permanente in molti processi biologici e applicazioni industriali e mediche simili".

Una delle cose su cui ci piacerebbe lavorare in futuro è la rete di thread. Amo pensare ai materiali per modellare come grandi raccolte casuali di fili, " dice Thiffeault. "Un semplice modello di fili intrecciati può aiutarci a vedere come quella rete determina le proprietà macroscopiche di molti diversi, materiali interessanti."