Mandibole degli artropodi analizzate su scala atomica, ecco i risultati sorprendenti

Mandibole degli scorpioni delle specie Vaejovis confusus e Centruroides exilicauda (C) e delle specie Nereis vexillosa (a sinistra), Glycera convoluta (al centro) e Nereis vexillosa (a destra) (D) (credito: DOI: 10.1038/s41598-021-91795-y | Scientific Reports)

Formiche, vermi, ragni ed altri artropodi usano quello che può essere considerato come un set di strumenti integrato per afferrare e soprattutto tagliuzzare velocemente ed efficacemente il cibo. Parliamo delle mandibole, affilate e taglienti propaggini che spesso si trovano nell’area esterna della bocca e che spesso sono associate alle formiche anche se sono strutture che fanno parte dell’anatomia di moltissime specie di artropodi.
Un nuovo studio apparso su Scientific Reports si rifà ad un’analisi effettuata tramite imaging su scala atomica di alcune piccolissime sezioni di questi strumenti, fondamentali per questi animali.
La ricerca è stata effettuata da un team di scienziati dell’Università dell’Oregon e del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE).

Le formiche hanno dei “denti mandibolari”

Le formiche hanno dei “denti mandibolari” posti all’esterno della bocca. Queste mandibole sono fatte da una particolare lega di singoli atomi di zinco strettamente legati tra loro. La mandibola di una formica, per esempio, vede più dell’8% del suo peso fatto di zinco.
Per studiare queste particolari strutture delle formiche su scala atomica i ricercatori hanno usato una particolare tecnica denominata tomografia a sonda atomica tramite un microscopio a fascio ionico focalizzato.

Minuscolo campione prelevato dalla punta

Quest’ultimo è stato puntato su un minuscolo campione prelevato dalla punta di una delle mandibole della formica. Il campione è stato analizzato atomo per atomo. La tecnica ha permesso ai ricercatori di individuare, per la prima volta, la distribuzione degli atomi di zinco su scala nanometrica nella mandibola della formica.
Lo zinco sembra essere distribuito in maniera uniforme, qualcosa che gli scienziati non si aspettavano in quanto credevano che lo zinco stesso fosse invece raggruppato in nano-noduli.

Strumenti molto affilati e resistenti

Avere questa quantità di zinco e questa particolare distribuzione dello stesso nelle proprie mandibole vuol dire poter contare su strumenti molto affilati e resistenti con i quali, oltre a poter tenere fermo il cibo, lo si può tagliuzzare finemente, una sorta di “masticazione” per poterlo digerire più facilmente. Le mandibole, tra le varie funzioni che possono avere, servono dunque da veri e propri “denti”.
“Anche gli ingegneri umani potrebbero imparare da questo trucco biologico”, spiega Robert Schofield, ricercatore dell’Università dell’Oregon che ha guidato il team di studio. “La durezza dei denti delle formiche, ad esempio, aumenta da circa la durezza della plastica alla durezza dell’alluminio quando viene aggiunto lo zinco. Sebbene ci siano materiali tecnici molto più duri, sono spesso più fragili”.

Note e approfondimenti

  1. The homogenous alternative to biomineralization: Zn- and Mn-rich materials enable sharp organismal “tools” that reduce force requirements | Scientific Reports (IA) (DOI: 10.1038/s41598-021-91795-y)

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