I ricercatori della Duke University hanno scoperto i meccanismi dettagliati del modo in cui le spore fungine si sono evolute per sfruttare il potere della fusione delle gocce d'acqua per il lancio in modo uniforme.

Le spore fungine crescono alle estremità di lunghi, sottili lacci chiamati sterigmi. Una volta maturo, le spore devono staccarsi ed essere trasportate in una nuova posizione per crescere. Alcune spore si affidano agli animali o al proprio potere di viaggiare. Altri, chiamati ballistospore, vengono attivamente espulsi dalla superficie dell'organismo genitore. E nel caso di alcuni funghi, le gocce d'acqua forniscono il decollo.

Più di un secolo fa, Reginald Buller ha scoperto che una goccia d'acqua sferica che si forma vicino a una spora è cruciale per la dispersione della spora. Soprannominato il "Buller drop, " la sua fusione con un'altra goccia a forma di lente sulla spora fa sì che la spora si stacchi dal suo legame.

"Le spore vengono lanciate con un'enorme quantità di forza in una direzione specifica, quasi come un cannone, " disse Chuan-Hua Chen, professore associato di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke. "E il cannone ballistospore si è evoluto per sparare direttamente lontano dal fungo per dare alle spore le migliori possibilità di fuga".

Mentre questo fenomeno era stato spiegato energicamente, i meccanismi dettagliati, in particolare la direzione quasi uniforme dei lanci delle spore, sono rimasti un mistero. In un articolo pubblicato su Journal of the Royal Society Interface il 27 luglio, Chen e i suoi colleghi utilizzano fotocamere ad alta velocità e una stampante a getto d'inchiostro per risolvere l'enigma.

L'ostacolo principale per scoprire i dettagli di come le gocce d'acqua lanciano queste spore è stata la velocità dell'azione. Sebbene occorrano diversi minuti prima che le gocce d'acqua diventino abbastanza grandi per il decollo, l'evento stesso richiede meno di un microsecondo.

"E sfortunatamente un microsecondo è anche la risoluzione temporale per la maggior parte delle fotocamere ad alta velocità, " Ha detto Chen. "Così, mentre i ricercatori hanno fatto dei progressi nel catturare il processo di coalescenza generale, il meccanismo dettagliato non era ancora chiaro."

Il problema era di scala e tempismo, poiché la durata del lancio è proporzionale alla dimensione del drop Buller, che è minuscolo quando si tratta di spore fungine.

Per aggirare questo problema, Chen e il suo team hanno costruito le proprie "spore" più grandi tagliando una sfera di polistirene in una particella a forma di spore e orientando con cura la spora del modello su una superficie piana. Quindi hanno usato una stampante a getto d'inchiostro per costruire una goccia Buller più grande direttamente accanto alla loro spora artificiale. Con la capacità di controllare con precisione la dimensione della goccia, e quindi la sua velocità e tempistica di decollo, il team potrebbe cogliere il lancio con l'alta risoluzione.

Quando hanno guardato il film, i dettagli del meccanismo di lancio divennero evidenti. Quando la goccia sferica di Buller si unisce alla seconda goccia che si è diffusa sulla spora, le gocce perdono superficie e rilasciano energia superficiale, fornendo lo slancio per il lancio.

Mentre la goccia appena fusa si muove lungo la faccia piatta della spora, il movimento di caduta si allinea rapidamente con l'orientamento della faccia piatta della spora. La goccia unita esercita attrito sulla spora mentre si muove e la allontana dallo sterigma. La direzione di lancio è guidata dalla faccia piatta della spora, che è lungo la stessa direzione dello sterigma sottile.

"Il rilascio di energia è così rapido che accelera l'intero sistema con un milione di G, ma c'è così tanta resistenza nell'aria che la spora viaggia ancora solo per pochi millimetri al massimo. Ecco perché è così importante che le spore spariscano direttamente dal fungo, " Ha detto Chen. "Spiegando il meccanismo alla base della direzionalità di lancio quasi perfetta, il nostro lavoro ha finalmente fatto luce su questo puzzle secolare".