[05/10/2011] News
I muscoli superveloci del pipistrello per il superpotere dell'ecolocalizzazione
L'ecolocalizzazione è uno dei più importanti strumenti per un pipistrello, un vero e proprio "superpotere" che lo aiuta a orientarsi e a cacciare le prede. Le onde sonore che rimbalzano dagli oggetti e dagli animali permettono ai pipistrelli di generare una precisa rappresentazione del loro ambiente in totale assenza di luce. Un superpotere che sembra sostenuto da super-muscoli.
E' quanto emerge dalla ricerca "Superfast Muscles Set Maximum Call Rate in Echolocating Bats", pubblicata da Science ed alla quale hanno lavorato i ricercatori della Syddansk universitet, l'università della Danimarca meridionale, e dell'University of Pennsylvania che spiegano: « Mentre un pipistrello eco localizza un insetto volante per catturarlo, aumenta le emissioni di richiami a livelli di di oltre 160 chiamate al secondo».
Questa fase di richiami ad alta frequenza, soprannominata "terminal buzz" (ronzio terminale), rimaneva un mistero perché non si sapeva come i pipistrelli fossero in grado di emettere serie di suoni così velocemente. I ricercatori danesi lo hanno scoperto: «Abbiamo trovato che muscoli super-potenti, in precedenza sconosciuti, altamente specializzati per i richiami a livello rapido nel terminal buzz. Inoltre, dimostriamo che la performance del del "motore" della laringe non si sovrappone con la produzione di richiami e l'arrivo di echi alle orecchie del pipistrello, ai limiti massimi del livello dei richiami I muscoli "superfast" sono rari nei vertebrati e sempre associati ad esigenze di un "motore" straordinario per la comunicazione acustica».
Secondo i ricercatori, «L'ecolocalizzazione è diversa dalla visione poiché fornisce ai pipistrelli solo una foto istantanea del loro ambiente con ogni suono ed eco, mentre la visione è invece un flusso relativamente continuo di informazioni riguardanti il mondo. L'ecolocalizzazione costringe i pipistrelli a produrre rapide successioni di suoni. Mentre sono a caccia per trovare una preda, i pipistrelli devono ottenere rapidi aggiornamenti sulle posizioni delle loro vittime, e questo è difficile poiché gli insetti che volano si spostano in varie direzioni. Quando giunge il momento decisivo, i pipistrelli generano un ronzio finale, emettendo fino a 190 suoni al secondo».
I ricercatori danesi e statunitesi hanno dimostrato che questi muscoli super-veloci si possono contrarre circa 100 volte più velocemente rispetto ai normali muscoli del corpo. Questi muscoli sono anche 20 volte più veloci rispetto ai più veloci muscoli del corpo umano, quelli che controllano i movimenti dell'occhio.
Andrew Mead, un dottorando del dipartimento di biologia nella Penn's School of Arts and Science che ha partecipato alla ricerca evidenzia che «I ricercatori che studiano i pipistrelli supponevano che i muscoli che controllano questo comportamento dovessero essere molto veloci, ma non si comprendeva quale fosse il loro funzionamento. La ricerca sui muscoli super-veloci è un mondo a parte rispetto a ciò che fanno. Questo studio rappresenta il punto di incontro di molti mondi diversi: il mondo dei muscoli, quello della bio-acustica e della ecolocalizzazione e quello del comportamento dei pipistrelli».
Il capo del team di ricercatori, Coen Elemans dell'università della Danimarca meridionale, spiega sul bollettino scientifico dell'Ue Cordis che «I muscoli super veloci erano in precedenza conosciuti solo per gli organi che producono il suono nei serpenti a sonagli, negli uccelli e in alcuni pesci. Ora li abbiamo scoperti per la prima volta nei mammiferi, e ciò indica che questi muscoli, una volta ritenuti straordinari, sono più comuni di quanto si riteneva in precedenza. Abbiamo determinato la potenza che i muscoli possono sviluppare, in modo simile a come si misurano le prestazioni di un'automobile. Siamo rimasti sorpresi nel vedere che i pipistrelli possiedono muscoli del tipo super-veloce e che possono dare energia a movimenti a una velocità di 190 contrazioni al secondo, ma anche dal fatto che sono i muscoli che in realtà limitano il ritmo massimo dei suoni durante il ronzio».
Cordis spiega che «Il team ha studiato le prestazioni dei muscoli vocali dei pipistrelli attaccandone uno tra un motore e un sensore di forza e stimolandolo poi elettricamente a contrarsi. Quando il motore era fermo, un singolo impulso elettrico permetteva ai ricercatori di calcolare il tempo impiegato dal muscolo del pipistrello per contrasi, o per contrarsi e rilassarsi». Mead sottolinea: «La contrazione ci fornisce la percezione del tempo impiegato da una cellula muscolare per attraversare tutte le fasi, tutte le reazioni chimiche, necessarie a esercitare una forza e poi rilassarsi di nuovo. Più veloce è il muscolo e più breve è la contrazione. Questi muscoli possono eseguire tutti i movimenti in meno di un centesimo di secondo».
Il team ha anche modificato la lunghezza del muscolo mentre si contraeva, per determinare l'intensità alla quale stava "lavorando" nel pipistrello: «Il muscolo si allungava e si accorciava a un ritmo controllabile quando il motore era in funzione. Mentre il muscolo era allungato, i ricercatori lo hanno stimolato affinché si contraesse al fine di vedere se esso tirava il motore con maggiore intensità rispetto a quella con cui il motore tirava il muscolo. E per verificare se il muscolo era davvero del tipo super-veloce, il team ha aumentato la velocità del motore fino a oltre 100 oscillazioni al secondo».
Mead spiega ancora: «Si è sempre limitati dalla quantità di contrazioni che si possono fare in un dato periodo di tempo. Se si continua ad aumentare la frequenza, contrazione dopo contrazione, si arriva al punto in cui le contrazioni iniziano ad accavallarsi le une alle altre e il muscolo non si ferma completamente. Noi abbiamo raggiunto la più elevata frequenza di ciclo alla quale ancora avevamo le prove che il muscolo si contraeva e si fermava. Lo si può pensare come il motore di un'automobile. Può essere regolato per essere efficiente o per essere più potente a seconda di cosa si desidera che esso faccia. Ciò che risulta è che i pipistrelli barattano molta della forza per essere in grado di ottenere queste rapide oscillazioni. In un certo senso è come un motore che è stato regolato per valori di giri al minuto estremamente alti».