Le lumache mimetizzate cambiano colore con la pioggia

Come fa una lumaca arboricola a strisce a nascondersi dagli uccelli affamati? La Hypselostyla camelopardalis, originaria delle Filippine, e la Reinia variegata, proveniente dal Giappone, hanno entrambe sviluppato una forma di mimetismo dinamico per sopravvivere. I loro motivi chiari scompaiono sotto la pioggia e il guscio assume un colore marrone scuro, simile alla corteccia umida degli alberi.

I ricercatori del Museo Universitario dell’Università di Tokyo hanno scoperto il meccanismo alla base di questa rara trasformazione dei molluschi. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Zoological Letters .

Lo strato più esterno del guscio delle lumache è poroso come una spugna. Quando l’acqua riempie i fori, cambia il modo in cui la luce viene riflessa, rendendo più visibile un secondo strato di guscio più scuro sottostante. Questa caratteristica ha potenziali applicazioni in sensori intelligenti e materiali che reagiscono all’umidità senza bisogno di alimentazione esterna.

Due lumache distanti, stesso trucco

Un leopardo non può cambiare le sue macchie, ma alcune lumache sì. Ora sappiamo come, grazie a una nuova ricerca dell’Università di Tokyo.

Il mimetismo dinamico è la capacità di un animale di cambiare colore, disegno o consistenza per mimetizzarsi con l’ambiente circostante. Gli esempi più noti sono probabilmente le seppie, i polpi e i calamari, le cui spettacolari trasformazioni per imitare sabbia, rocce o coralli offrono uno spettacolo impressionante, se si riesce a individuarle.

Due specie di lumache, una nelle Filippine e una in Giappone, hanno incuriosito i ricercatori sviluppando lo stesso metodo di mimetismo dinamico. Questo è stato sorprendente perché si è verificato in modo indipendente, dato che le lumache sono geneticamente molto distanti tra loro e geograficamente molto distanti, e perché si pensava che i colori e i motivi del guscio fossero caratteristiche fisse.

L’acqua rivela il guscio più scuro

“L’Hypselostyla camelopardalis delle Filippine e la Reinia variegata giapponese sono lumache arboricole che presentano entrambe una forma reversibile di ‘idrocromismo‘. I motivi screziati del loro guscio scompaiono completamente quando si bagnano, causando un uniforme scurimento del guscio, per poi riapparire rapidamente una volta asciutti”, ha spiegato Taro Yoshimura, ricercatore di paleontologia evolutiva presso il Museo Universitario.

“Ora comprendiamo il meccanismo fisico alla base di questo fenomeno: un processo noto come adattamento dell’indice di rifrazione. La struttura a due strati della membrana organica più esterna del guscio (chiamata periostraco) presenta vuoti di dimensioni nanometriche e micrometriche, simili a quelli di una spugna, che assorbono l’umidità. I ​​pori pieni d’acqua sopprimono la dispersione della luce, permettendo alla luce di attraversare la membrana e rivelare i pigmenti scuri dello strato cristallino del guscio sottostante.”

Yoshimura e il coautore, il professore associato Takenori Sasaki, hanno studiato i gusci di lumaca provenienti dalla collezione del museo dell’Università di Tokyo, utilizzando tre approcci per scoprirne le proprietà uniche.

La struttura a doppio strato della superficie, con il suo strato esterno poroso e lo strato interno denso e più scuro, è stata rivelata mediante un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo.

Dopo numerosi tentativi ed errori, secondo Yoshimura, sono riusciti a monitorare il processo di idratazione ultraveloce utilizzando un microscopio confocale a scansione laser. Infine, hanno misurato il drastico cambiamento nella trasmittanza luminosa tramite uno spettrofotometro, passando da circa il 37% quando il campione era asciutto a circa l’85% quando era bagnato.

Dalla biologia dei gusci ai materiali intelligenti

“Tradizionalmente, la colorazione e la struttura delle conchiglie dei molluschi sono state considerate caratteristiche statiche, determinate esclusivamente dai pigmenti incorporati negli strati cristallini calcificati. Il nostro studio mette radicalmente in discussione questo paradigma consolidato, modificandone l’aspetto in tempo reale in base all’umidità ambientale“, ha affermato Yoshimura.

“Assistere a come la selezione naturale possa condurre organismi completamente diversi verso la stessa elegante soluzione evolutiva è stata una scoperta incredibilmente entusiasmante.”

Questa ricerca sul meccanismo alla base del camuffamento dinamico potrebbe essere utile per molti settori, dai materiali intelligenti per la casa ai sensori autonomi per l’ambiente o il settore medico, e ad altre industrie. Yoshimura spera di collaborare con esperti di diversi campi dell’ingegneria per applicare le proprie scoperte.

“Il vantaggio principale del meccanismo delle lumache è la capacità di modificare autonomamente le proprie proprietà ottiche in risposta all’umidità ambientale, senza bisogno di alcuna fonte di energia esterna”, ha affermato Yoshimura. “La mia speranza ultima è quella di colmare il divario tra biologia evolutiva e scienza dei materiali, traducendo i meccanismi fisici a energia zero della natura nello sviluppo pratico e nella commercializzazione di materiali intelligenti di nuova generazione.”

Abstract

Gli organismi terrestri impiegano diverse strategie di mimetismo, tuttavia le fluttuazioni di umidità e luce degli habitat arborei richiedono adattamenti dinamici. Questo studio ha indagato un nuovo meccanismo di mimetismo dinamico nelle lumache arboricole Hypselostyla camelopardalis (Camaenidae) e Reinia variegata (Clausiliidae). Queste specie filogeneticamente distanti mostrano un cambiamento igrocromico reversibile: i loro motivi screziati sul guscio scompaiono quando si bagnano, diventando di un marrone scuro uniforme, e riappaiono rapidamente quando si asciugano. Utilizzando un approccio multimodale, che include microscopia confocale a laser, microscopia elettronica a scansione e spettrofotometria, questo studio dimostra che il cambiamento di colore è associato a modifiche strutturali all’interno del periostraco organico a doppio strato. Nelle regioni bianche, l’idratazione riempie i vuoti su scala micrometrica e leviga le irregolarità della superficie, adattandosi efficacemente all’indice di rifrazione del periostraco e aumentando la trasmissione della luce. Mentre in precedenza si riteneva che il mimetismo nei gasteropodi terrestri fosse statico, le nostre scoperte rivelano un sistema reattivo all’ambiente che si adatta dinamicamente all’umidità circostante. Questo meccanismo è parallelo alle strategie osservate in alcuni insetti ed è coerente con l’evoluzione convergente funzionale. Inoltre, la struttura a film sottile del guscio della lumaca, sensibile all’acqua, fornisce un modello biologico per lo sviluppo di materiali intelligenti bioispirati, come rivestimenti sensibili all’umidità e tecnologie ottiche adattive.

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