Come la trappola di Venere si chiude a scatto
La trappola carnivora Venus flytrap è nota per chiudere le sue foglie in un lampo non appena un animale preda tocca i suoi peli sensoriali per due volte di seguito. Un team di ricercatori del Fare all'ETH di Zurigo e dell'Università di Zurigo ha ora scoperto un nuovo meccanismo di chiusura.
La trappola di Venere (Dionaea muscipula) è probabilmente la pianta carnivora più conosciuta. Cattura le sue prede, principalmente ragni e insetti, con l'aiuto di un ingegnoso meccanismo a scatto. Le sue foglie verde-rossastre sono dotate di tre peli sensoriali molto sensibili per ogni metà della foglia. Questi peli reagiscono al minimo tocco e inviano impulsi elettrici che si diffondono rapidamente su tutta la foglia. Se, ad esempio, una mosca striscia sulla foglia della trappola e attiva due impulsi in un breve lasso di tempo, la trappola si chiude in un attimo.
Scoperto un nuovo fattore scatenante
Le reazioni fisiologiche alla base del meccanismo di cattura sono state studiate per oltre 200 anni. Una scoperta si è cristallizzata in questo processo: Ogni tocco sufficientemente forte di un pelo sensoriale provoca un impulso elettrico. Due impulsi nell'arco di 30 secondi provocano il ripiegamento delle metà della foglia.
Ora i ricercatori di robotica e materiali da costruzione dell'ETH di Zurigo, insieme ai colleghi dell'Istituto di microbiologia e piante dell'Università di Zurigo UZH, hanno dimostrato che questo non è l'unico meccanismo di attivazione: Contrariamente a quanto si crede, anche un singolo e lento tocco di un pelo sensoriale è sufficiente a innescare due impulsi e quindi la chiusura a scatto delle foglie intrappolanti. I ricercatori lo riportano in uno studio congiunto appena pubblicato sulla rivista scientifica pagina esternaPlos Biologia è stato pubblicato.
Con microrobotica e modello
In una prima fase, il team interdisciplinare di scienziati ha determinato le forze necessarie per avviare il meccanismo di scatto della trappola di Venere. Per farlo, hanno utilizzato sensori di forza estremamente sensibili e sistemi microrobotici di precisione sviluppati dal gruppo del coautore Bradley Nelson presso l'ETH Institute of Robotics and Intelligent Systems. Questi permettono di deviare i peli sensoriali di un angolo esatto a una velocità definita con precisione e di misurare le forze corrispondenti. Gli esperimenti hanno confermato la teoria precedente: Se i parametri sono selezionati in modo da corrispondere approssimativamente al contatto di un classico animale da preda, sono necessari due tocchi per far scattare la trappola.
Utilizzando i dati ottenuti, i ricercatori guidati da Ingo Burgert dell'ETH Institute for Building Materials hanno sviluppato un modello matematico che calcola gli intervalli limite per l'angolo di deflessione e la velocità di deflessione a cui il meccanismo a scatto si mette in moto.
"? interessante notare che il modello ha mostrato che, a una velocità di deflessione lenta, vengono emessi due impulsi elettrici per ogni tocco e la trappola dovrebbe quindi chiudersi di scatto", afferma Ueli Grossniklaus, direttore dell'Istituto di microbiologia e piante dell'UZH e anche co-autore principale. Gli scienziati hanno poi potuto confermare sperimentalmente la previsione del modello.
Catturare una preda lenta
In apertura, le metà delle foglie della trappola di Venere sono curve e in tensione, come una molla a balestra. Il segnale di attivazione porta a un leggero cambiamento nella curvatura della foglia, facendo collassare bruscamente la trappola. I canali ionici nella membrana cellulare, che trasportano particelle cariche fuori o dentro la cellula, sono responsabili degli impulsi elettrici.
I ricercatori ipotizzano che i canali ionici rimangano aperti finché la membrana è sottoposta a una tensione meccanica. Se la deviazione avviene lentamente, il flusso di ioni è sufficiente a innescare diversi impulsi, facendo scattare la trappola. ? possibile che il meccanismo di attivazione appena scoperto della trappola di Venere venga utilizzato per catturare prede che si muovono lentamente, come larve o lumache.
Questo articolo si basa su un pagina esternaComunicato stampa dell'Università di Zurigo.
Riferimento alla letteratura
Burri J, Saikia E, L?ubli N, Vogler H, Wittel F, Rüggeberg M, Herrmann H, Burgert I, Nelson B, Grossniklaus U. Un singolo tocco può fornire una stimolazione meccanica sufficiente a innescare la chiusura della trappola di Venere. PLOS Biology. 10 luglio 2020: pagina esterna10.1371/journal.pbio.3000740