La fisica profonda della pelle dei serpenti Sidewinder

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Quando si tratta di strisciare, la maggior parte dei serpenti lo fa allo stesso modo: dritto. Ma per i serpenti che vivono nei deserti, spostarsi può essere una sfida.

“Come sappiamo provando a muoverti sulla sabbia in una spiaggia o in altri luoghi, può essere difficile spostarti su questi materiali che cedono sotto di te mentre vai avanti”, ha detto Jennifer Rieser, professore di fisica presso la Emory University di Atlanta.

Ecco perché i sidewinders scivolano lateralmente. Sebbene alcuni serpenti possano spostarsi lateralmente in determinate condizioni, ha detto il dottor Rieser, i sidewinders – il nome comune per un gruppo di tre vipere lontane che si trovano nei deserti dell’Africa, del Medio Oriente e del Nord America – hanno sollevato questa forma unica di movimento ad un’arte. Il serpente a sonagli sidewinding, ad esempio, può viaggiare a velocità di 18 miglia all’ora, rendendolo il serpente più veloce del mondo.

Ora un nuovo studio della dottoressa Rieser e dei suoi colleghi potrebbe aver scoperto il loro segreto: squame piene di minuscole fosse, invece delle minuscole punte trovate sul fondo di altri serpenti. La loro ricerca è stata pubblicata lunedì in Proceedings of the National Academy of Sciences.

La microstruttura delle pance dei serpenti è importante per il modo in cui si muovono, ha detto il dottor Rieser, perché è così che gli animali senza arti interagiscono con il terreno. Per esaminare la microstruttura delle scaglie sidewinder, il suo team ha utilizzato un microscopio a forza atomica per scansionare le pelli di serpente naturalmente sparse, fornito da istituzioni come lo zoo di Atlanta. Hanno quindi costruito modelli matematici per testare come le strutture che hanno visto si sarebbero comportate con diversi tipi di attrito.

Sebbene appaiano lisce ad occhio nudo, le squame del ventre della maggior parte dei serpenti hanno punte microscopiche orientate dalla testa alla coda. Questi creano un attrito tra il corpo del serpente e il terreno, ha detto il dottor Rieser, che li aiuta ad andare avanti in un familiare strisciare a testa in giù.

I serpenti provenienti da un’ampia varietà di habitat e ruoli ecologici – compresi i parenti stretti del serpente a sonagli sidewinder, come cottonmouths o diamondback rattlesnakes – hanno queste punte prominenti sul ventre.

Ma le specie di sidewinding hanno ridotto o eliminato gradualmente quelle punte, scambiandole con scaglie di pancia che sono butterate da fosse microscopiche che possono muoversi in qualsiasi direzione particolare. Il dottor Rieser suggerisce che è perché l’attrito direzionale rende più difficile il movimento in un ambiente privo di attrito: “Immagina un serpente che cerca di muoversi su linoleum o seta”.

Il sidewinding invece dipende dal sollevamento di grossi pezzi del corpo in aria mentre l’animale si muove. Le scale che creano un forte attrito direzionale, ha detto il dottor Rieser, si comportano molto male con questo tipo di movimento. Ma se l’attrito della bilancia è uniforme in tutte le direzioni, il sidewind è notevolmente più facile.

La vipera cornuta sahariana e la vipera laterale del deserto del Namib – che sono strettamente imparentate – hanno squame del ventre con fosse uniformi e senza punte. Ma il serpente a sonagli sidewinding, che proviene da un ramo diverso dell’albero genealogico della vipera, ha ancora alcune rudimentali punte del ventre e fosse.

Una possibile spiegazione per la differenza è che i deserti del sud-ovest nordamericano hanno solo 15.000-20.000 anni, rispetto ai deserti nordafricani, che hanno un’età compresa tra 7 e 10 milioni di anni.

“Quindi forse c’è stato meno tempo per i sidewinders americani per evolvere strutture che potrebbero aiutare questo tipo di movimento”, ha detto Rieser.

Mentre l’ipotesi del team sulla funzione precisa delle fosse microscopiche richiederà ulteriori studi, la perdita o la riduzione di queste punte del ventre in sidewinders lontanamente correlati suggerisce che questi cambiamenti sono un adattamento diretto al movimento laterale, suggeriscono.

“Dato che il movimento è così cruciale per la sopravvivenza, è ragionevole pensare che sia parte del motivo per cui si è verificato questo cambiamento”, ha detto il dottor Rieser.

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