Gli squali perdono i denti per tutta la vita, sostituendoli in una sorta di Rolodex rotante senza fine, mentre gli umani, ovviamente, ricevono solo i nostri due set. I denti dei castori, notoriamente, crescono per tutta la vita e devono essere consumati per evitare lesioni.
Nuova ricerca pubblicata in Interface Focus ora ha inserito un altro animale nel set autoaffilante, Schistocerca gregaria, la locusta del deserto.
Ulrike G. K. Wegst, professore associato di fisica presso la Northeastern University, ha scoperto che gli esoscheletri delle locuste accumulano concentrazioni di zinco nelle loro mandibole, che indurisce il loro "apparato boccale a forma di pala", secondo la ricerca, in relazione alla cuticola circostante. /P>
L'esoscheletro di una locusta è composto da chitina, un materiale fibroso non dissimile dalla cellulosa presente nelle piante e comune sia agli insetti che alla vita marina come i crostacei.
La chitina di un animale varia a seconda dell'uso. In alcune parti del corpo ha bisogno di flessibilità, ad esempio attorno alle mascelle che devono aprirsi e chiudersi, mentre in altre ha bisogno di una durezza significativa.
Condotta in collaborazione con il biologo Oliver Betz, dell'Università di Tubinga, e Peter Cloetens, dell'European Synchrotron, la ricerca ha esaminato come le parti indurite con zinco delle mandibole delle locuste si affilano man mano che vengono utilizzate.
Le mascelle delle locuste non sono diverse da quelle umane, in quanto una serie si sovrappone leggermente all'altra, sebbene le locuste si aprano e si chiudano orizzontalmente.
Mentre le due metà si sovrappongono l'una all'altra, i bordi temprati si affilano a vicenda.
Wegst, specializzato in scienza dei materiali, ha identificato un pronunciato rivestimento del "bordo di zinco" lungo le mandibole attraverso l'uso di un sincrotrone, una sorta di acceleratore di particelle, che utilizzava "raggi X di energia monocromatica".
Il vantaggio della luce di sincrotrone risiede nella sua intensità:"Possiamo ridurre lo spettro a un'energia molto ristretta. In effetti, possiamo renderlo monocromatico", afferma Wegst, "così posso ancora avere abbastanza energia per immaginare, ma posso anche posizionare esattamente questa energia."
I materiali assorbono i raggi X in modo differenziale e, grazie alla ristrettezza del raggio del sincrotrone, i ricercatori hanno potuto utilizzare un processo di imaging sottrattivo per "misurare la quantità di zinco da un lato", afferma Wegs, e "vedere più facilmente come è distribuito in tre dimensioni."
Costruendo un modello tridimensionale delle mascelle delle locuste, Wegst ha quindi potuto identificare come i bordi anteriori più duri delle mandibole delle locuste tagliano via la chitina più morbida attorno a loro quando vengono utilizzati, mantenendo così un bordo più affilato.
"Quello che cerco di ottenere qui con il mio tagliente è un'elevata durezza" in grado di resistere a materiali legnosi altamente abrasivi, afferma Wegst. Per "assicurarsi che i taglienti rimangano affilati il più a lungo possibile", continua, si può "ottenere facendo sfregare uno di questi bordi contro l'altro. Quindi ogni volta che taglia qualcosa, si affila anche da solo."
Ma l'usura è inevitabile, nonostante questo "meccanismo molto intelligente", come lo definisce Wegst. Alla fine il bordo si consumerà, ma, osserva Wegst, la locusta perde regolarmente il suo esoscheletro, facendo ricrescere il suo guscio esterno chitinoso e l'apparato boccale duro e arricchito di zinco.
Immagina di usare un coltello smussato invece di uno affilato, ipotizza Wegst. "Tagliare costa più energia, quindi per un animale che ha bisogno di mangiare e conservare energia, un meccanismo di taglio efficiente è in realtà una strategia per sopravvivere. Se ho strumenti da taglio smussati, e riceverò il mio nuovo coltello tra sei settimane, Nel frattempo potrei morire di fame."
"L'animale dotato del meccanismo di auto-affilatura è avvantaggiato", continua, "ma è anche costoso" per la locusta consumare tutto lo zinco di cui ha bisogno e distribuirlo attraverso le regioni appropriate dell'esoscheletro. "È un equilibrio che l'organismo sembra raggiungere", mantenendo una distribuzione efficiente "solo nelle aree in cui [lo zinco] è più necessario."
Il modo in cui lo zinco raggiunge le mandibole e il modo in cui le locuste ne consumano una quantità sufficiente rimangono questioni aperte per ulteriori ricerche.
Anche se potrebbero essere là fuori, Wegst afferma che "non abbiamo ancora visto un'altra specie... in cui abbiamo una disposizione simile dei taglienti gli uni rispetto agli altri."
Ma Wegst prevede anche che da questa ricerca nascano idee di progettazione biomimetica. Ma questo non significa progettare copie uno-a-uno. Piuttosto, "biomimetica", dice, implica "comprendere i principi di funzionamento".
Il semplice principio di collocare "risorse in aree specifiche per creare qualcosa di tollerante ai danni, resiliente e di lunga durata", afferma Wegst, "finché la mia struttura ha bisogno di sopravvivere", offre molto da cui imparare.
Ulteriori informazioni: Ulrike G. K. Wegst et al, Le locuste del deserto (Schistocerca gregaria) si nutrono con mandibole autoaffilanti a forma di forbice, Interface Focus (2024). DOI:10.1098/rsfs.2023.0069
Fornito dalla Northeastern University
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di Northeastern Global News news.northeastern.edu.
