Quando si tratta di quasi invisibilità, i campioni del mondo potrebbero essere il polpo e altri cefalopodi, che possono cambiare colore e consistenza al momento giusto per diventare praticamente indistinguibili dall’ambiente circostante. Mentre un polipo scivola sulla sabbia, si infila tra le rocce e si dimena in un ciuffo di alghe, il suo colore e la sua consistenza cambiano continuamente, trasformandosi dal beige granuloso al grigio screziato al verde iridescente per abbinarsi a sfondi diversi. Anche i calamari hanno la straordinaria capacità di ingannare l’occhio, diventando lucenti, iridescenti e persino trasparenti sullo sfondo tremolante della luce subacquea.
Come i cefalopodi riescano a mimetizzarsi istantaneamente è un mistero che tormenta gli esseri umani almeno dal 350 a.C., quando Aristotele prese appunti sull’argomento, afferma Leila Deravi, professoressa associata alla Northeastern University, la cui Gruppo di progettazione di biomateriali è specializzato in biomimetica.
“I cefalopodi hanno tanti organi ottici diversi nella loro pelle con molte funzioni diverse”, dice Deravi. “Hanno anche controlli neuromuscolari davvero complicati che elevano la loro capacità di creare manifestazioni dinamiche in un modo che nessun altro animale in natura può fare.”
Articoli correlati
- I 5 deragliamenti dei treni più mortali negli Stati Uniti
- Guarda un bradipo che fa aspettare pazientemente l'intera forza di polizia
- Guarda un elefante faccia a faccia contro un… Elicottero?
- Mirtilli contro mirtilli: c'è differenza?
- Incontra l'Azhdarchid, il più grande predatore che abbia mai volato
Noi esseri umani potremmo essere in grado di imparare da queste creature. Gli scienziati hanno recentemente dimostrato una serie di materiali innovativi che imitano questi processi biologici: pelli elastiche e riflettenti, membrane che rifrangono la luce e cambiano colore, pellicole e fibre che diffondono la luce e reti di silicio che cambiano la struttura. tessuti con il potenziale di ingannare l’occhio, evitare il rilevamento e apparentemente scomparire.
La maggior parte della ricerca è ancora nella fase di test e prototipazione poiché gli scienziati collaborano con ingegneri e produttori per migliorare la scalabilità e superare le sfide della produzione. Ma Gorodetsky, professore associato presso l’Università della California a Irvine, che ha aperto la strada a numerosi materiali mimetici ispirati ai cefalopodi, afferma che l’interesse da parte dei produttori è elevato e che i prodotti potrebbero iniziare a raggiungere i consumatori entro il prossimo decennio.
“Sembra un processo molto lento, ma abbiamo fatto alcuni progressi molto significativi”, afferma. “E quando introduci una tecnologia davvero entusiasmante in natura, le persone faranno con essa ogni sorta di cose interessanti, cose che non avremmo potuto immaginare.”
Ottieni 2 numeri bonus!
Questa offerta speciale è disponibile solo per le vacanze. Iscriviti a Nat Geo Digital + Print oggi!VEDI OPZIONI DI ABBONAMENTO
(Questi sono gli strani e meravigliosi motivi per cui i polpi cambiano forma e colore)
Giocare con i pigmenti
I cefalopodi hanno minuscole sacche sotto la pelle chiamate cromatofori che si contraggono per rilasciare un pigmento che cambia colore chiamato xantommatina. Per alcuni ricercatori, questo pigmento è la chiave per portare la magia sottomarina nel regno umano.
Recentemente, Deravi e colleghi dello Scripps Institution of Oceanography dell’Università della California a San Diego annunciato avevano sviluppato un metodo efficiente e basato sulla natura per produrre il raro pigmento in quantità illimitata. In contrasto con i metodi precedentemente esistenti che richiedevano costosi precursori chimici e producevano solo piccole quantità di pigmento, la ricercatrice capo Leah Bushin, ora assistente professore alla Stanford University, ha modificato geneticamente un batterio in modo tale che avesse bisogno di produrre xantommatina per sopravvivere.
“Di solito, quando proviamo a progettare i microbi per creare il composto che desideriamo, il microbo non ha alcun incentivo a produrlo”, afferma Bushin. “Quindi volevamo ripensare a questo e dire: ‘esiste un modo in cui possiamo rendere vantaggioso per l’organismo il desiderio di produrre effettivamente il composto?'”
Questo studio ha prodotto il composto su piccola scala. Ma i ricercatori affermano che la semplicità e l’accessibilità economica del processo significano che il limite è il cielo in termini di quantità di xantommatina che potrebbe essere prodotta.
“Essere in grado di fermentare un organismo e coltivarlo con zucchero semplice e acqua e ricavarne un materiale costoso è davvero il Santo Graal della comunità dell’ingegneria chimica”, afferma il coautore dello studio Brad Moore, anche lui dell’UC San Diego. “Stiamo addestrando o ingegnerizzando questi batteri affinché diventino piccole fabbriche chimiche super efficienti che vivono in una cellula”.
In effetti, il laboratorio sta producendo xantommatina a un prezzo così basso che Moore ha volontari delle scuole superiori che sperimentano la produzione di vernici dal pigmento e il loro utilizzo in progetti artistici. “Siamo dei dilettanti in questo momento, ma ci stiamo divertendo molto”, dice.
Le vernici che cambiano colore potrebbero essere la prima applicazione che mi viene in mente, ma il pigmento potrebbe avere molti altri usi nei rivestimenti, nell’elettronica e nei cosmetici. Il laboratorio di Deravi ha brevettato una versione cosmetica del pigmento sotto il nome di Xanthochrome da utilizzare nelle creme solari e nella cura della pelle. E insieme a Camille Martin, ex ricercatrice laureata nel suo laboratorio, Deravi ha lanciato l’azienda di prodotti per la cura della pelle Seaspire commercializzare lo xantocromo e i prodotti contenenti il pigmento.
“Ciò che la nostra ricerca ha dimostrato è che l’inclusione della xantommatina può aumentare la lunghezza d’onda critica della protezione solare a base di ossido di zinco, quindi non protegge solo dai raggi UV ma ha anche una protezione dalla luce visibile, che è importante per proteggere dal fotoinvecchiamento.” Gli effetti del fotoinvecchiamento sulla pelle includono l’oscuramento della pelle o “macchie dell’età”, rughe e vene varicose. Un altro vantaggio: lo xantocromo si è dimostrato completamente sicuro per la barriera corallina, non mostrando effetti dannosi quando testato su talee di corallo, secondo Deravi ricerca.
(Più vive in profondità questo polipo viola, più la sua pelle è ruvida)
Nel frattempo, il semplice processo di ingegneria genetica dei microbi per trasformarli in fabbriche di pigmenti offre ampie possibilità per la produzione di altri composti, in particolare quelli utilizzati negli antibiotici e in altri prodotti farmaceutici.
“Produrre materiali per sostenere 8 miliardi di persone sul pianeta Terra è davvero una cosa costosa, quindi essere in grado di semplificarlo è fondamentale per essere economicamente fattibile”, afferma Moore. “E possiamo eseguire questo processo ovunque: ogni piccola città negli Stati Uniti che ha un brewpub ha un fermentatore.”
Come i cefalopodi riflettono, rifrangono e reindirizzano
Oltre ai cromatofori, molte ricerche sul camuffamento biologico si concentrano su altri due componenti nella pelle dei cefalopodi: iridifori, che riflettono la luce a diverse lunghezze d’onda per creare colori più opalescenti, e leucofori, che diffondono la luce per apparire bianchi.
Nel mese di giugno, i ricercatori del Marine Biological Laboratory (MBL) dell’Università di Chicago a Woods Hole e dell’Università della California a Irvine individuato il meccanismo in pelle di calamaro che consente alle sfuggenti creature di alternare la trasparenza a varie tonalità opalescenti su richiesta.
“Pochissimi animali possono cambiare la loro iridescenza, e il calamaro lo fa in millisecondi”, afferma Roger Hanlon, scienziato senior presso l’MBL, il cui Hanlon Lab si concentra sul camuffamento ispirato agli animali. “Quindi quel cambiamento dinamico della colorazione strutturale, questo è ciò che il mondo umano vuole in termini di ingegneria.”
Utilizzando una tecnologia avanzata di imaging 3D, i ricercatori hanno mappato la struttura degli iridofori, identificando colonne strettamente impilate di proteine riflettina che funzionano come minuscoli specchi multistrato per manipolare dinamicamente la luce.
“I calamari hanno una notevole capacità di passare dal colore al trasparente e in questo studio abbiamo scoperto che le cellule contenenti queste strutture colonnari specializzate hanno permesso loro di raggiungere questo obiettivo”, afferma Alon Gorodetsky, professore associato presso l’Università della California a Irvine e ricercatore di numerosi studi di bioingegneria ispirati ai calamari, compreso quello pubblicato a giugno.
I ricercatori hanno poi fatto un ulteriore passo avanti, progettando una pelle mimetica flessibile che imita l’azione delle strutture riflettenti.
I risultati si basano su un corpus di ricerche in rapida crescita che risale a uno studio del 2017 dimostrato una pelle programmabile che cambia struttura in grado di trasformarsi da 2D a 3D, proprio come un polipo potrebbe diventare irregolare per adattarsi alle rocce frastagliate. Nel 2018, Gorodetsky e colleghi ricercatori hanno pubblicato un altro titolo che ha fatto notizia studio in cui hanno dimostrato una pelle elastica ispirata ai calamari che, quando tirata da rugosa a liscia, poteva eludere il rilevamento degli infrarossi cambiando il modo in cui rifletteva la luce.
In un correlato studio pubblicato nel dicembre 2023, Gorodetsky e altri ricercatori hanno creato un dispositivo di segnalazione ispirato al polpo dagli anelli blu con la capacità di cambiare sia il colore che il motivo attraverso lo spettro elettromagnetico, rendendo possibile ingannare i sistemi di rilevamento. Il dispositivo ha anche la capacità di autoripararsi quando danneggiato, un vantaggio in condizioni inaccessibili come lo spazio.
(I polpi “bizzarri” trasportano le noci di cocco come rifugi istantanei)
Vantaggi in incognito
Tutti questi sviluppi sono in una fase relativamente iniziale e presentano sfide associate alla produzione di massa, ma gli esperti affermano che sono state gettate solide basi affinché alcune di queste innovazioni mimetiche possano eventualmente entrare in uso nel mondo reale.
Quindi il camuffamento ispirato ai cefalopodi renderà realtà un mantello dell’invisibilità in stile Harry Potter? Non proprio, ma le innovazioni del camuffamento offrono ancora possibilità allettanti.
“Non penso che sia fisicamente o scientificamente possibile diventare invisibili, fondamentalmente perché bisognerebbe infrangere troppe leggi della fisica”, afferma Gorodetsky. “Ma anche se non posso essere invisibile, posso sembrare così simile al mio background che non puoi dire che sono lì. E se ciò accade, allora la questione tra visibile o invisibile diventa semantica.”
Un altro modo per descrivere questo tipo di pseudo-invisibilità è nascondersi in bella vista, dice Hanlon. “Se sei un polipo o qualsiasi altro animale, hai due scelte nel mondo visivo per non essere mangiato, e una è non essere rilevato, e la seconda è assumere uno schema che non può essere riconosciuto. E questi, in poche parole, sono i due modi fondamentali in cui gli animali giocano a questo gioco evolutivo fondamentale.”
I materiali progettati da Hanlon e colleghi hanno applicazioni di difesa militare, come nascondere attrezzature e soldati dai droni termici. “Personalmente ho un sacco di esperienza militare e sono stato in un posto in cui vorrei mimetizzarmi meglio nel mondo reale”, dice Hanlon, aggiungendo che anche i cacciatori potrebbero trarre vantaggio dalla tecnologia.
Ci sono anche molti altri usi quotidiani per questi materiali sperimentali, dagli strati riflettenti nei materiali da costruzione che potrebbero auto-adattarsi ai cambiamenti ambientali ai rivestimenti che potrebbero impedire il surriscaldamento dei componenti elettronici, dice Gorodetsky.
“Mi piacerebbe davvero avere un…
Categoria: Articles
