Quando gli elefanti maschi combattono, si scontrano ad alta velocità, bloccando le zanne in uno spettacolo di forza. Questi denti incisivi allungati sono così forti che i loro padroni li usano spesso per lottare e lanciarsi a terra. Ma le zanne non sono solo per infliggere danni; fuori dalla battaglia, gli elefanti li usano per liberare i sentieri attraverso la vegetazione e persino spostare gli alberi. Più straordinariamente, ogni elefante mantiene la stessa serie di zanne - ciascuna del peso di 400 chilogrammi - per tutta la sua vita.
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Per svolgere questi diversi compiti, le cose che compongono le zanne di elefante devono essere dure, forti e dure. Questa combinazione di qualità fa parte di ciò che ha reso l'avorio un elemento tanto ambito nel corso della storia umana, vendendo fino a $ 2000 al chilo appena tre anni fa. Utilizzato storicamente nelle palle da biliardo, nei tasti del pianoforte e persino nelle protesi d'anca, l'avorio continua ad essere apprezzato oggi per gioielli e altri oggetti di lusso.
Sfortunatamente, il valore che la gente ha attribuito all'avorio di elefante ha anche alimentato il conflitto ed è stato collegato al crimine organizzato, perpetuando un commercio sanguinoso che danneggia sia l'uomo che il pachiderma.
Negli anni '70 e '80, il bracconaggio illegale ha spinto la Convenzione sul commercio internazionale delle specie di flora e fauna selvatiche minacciate di estinzione, o CITES, a includere gli elefanti africani nella sua lista di specie protette, comprese quelle minacciate di estinzione. Nel 1990, CITES emanò l'equivalente di un divieto di vendita internazionale di avorio africano. Le popolazioni di elefanti hanno recuperato solo per essere nuovamente decimate da una recente ondata di bracconaggio negli anni 2000. Da allora decine di migliaia di elefanti - fino al 60 percento della popolazione in alcune aree - sono stati massacrati. Secondo alcune stime, ogni anno vengono uccisi 50.000 elefanti.
Questo sanguinoso commercio è ciò che ha portato Fritz Vollrath, un biologo dell'Università di Oxford, a iniziare a pensare a cosa sarebbe necessario per creare un materiale artificiale che potesse comportarsi come l'avorio - e quindi ridurre la domanda di una sostanza che ha causato così molto male. All'epoca Vollrath stava studiando le proprietà di un altro materiale straordinario trovato in natura: la seta di ragno. Ma ha anche studiato il comportamento e gli schemi migratori degli elefanti, rendendolo fin troppo familiare con le conseguenze del commercio di avorio.
Al microscopio, l'avorio rivela la sua struttura molecolare: un'impalcatura tridimensionale in collagene riempita con minerali di idrossil apatite e acqua. Vollrath mirava a comprendere questo trucco distinto abbastanza bene da migliorare i sostituti a base di plastica che attualmente esistono con una replica veramente “di ispirazione biologica”. "Stiamo ancora lottando per capire perché è un materiale così duro", ha detto Vollrath. “Combina due tipi di materiale, minerale e collagene. Nessuno dei due è ottimo materiale da solo, ma se li mescoli ... diventa qualcosa di diverso. "
Ma cos'è "qualcosa di diverso"? Per Vollrath, il primo passo nella creazione di un finto avorio realistico è capire esattamente cos'è il vero avorio. Quindi, usando campioni di avorio sequestrati come contrabbando, il suo gruppo di ricerca ha intagliato sottili fette - su cui si possono vedere le linee tratteggiate a croce caratteristiche dell'avorio - e le sottopone a studi microscopici dettagliati e prove di stress. L'obiettivo è capire a fondo come la struttura si traduce in resistenza e bellezza del materiale.
Tuttavia, ammette Vollrath, ha ancora molta strada da fare.
Zanna d'avorio intagliata con tutta la superficie scolpita con figure umane, facce triangolari e serpenti che si irradiano da un cerchio. (Museo nazionale di arte africana / Smithsonian) La domanda dei consumatori di avorio ha iniziato ad aumentare nei primi anni 2000 e ha raggiunto il picco intorno al 2011, causando grandi cali nelle popolazioni di elefanti in tutta l'Africa, afferma Iain Douglas-Hamilton, biologo e capo dell'organizzazione di conservazione Save the Elephants, di cui Vollrath è presidente. "Nel 2009, le cose hanno iniziato a dipanarsi con un enorme aumento del prezzo dell'avorio, guidato dall'aumento della domanda in Cina, a causa dell'aumento del potere d'acquisto dei comuni cittadini cinesi", afferma Douglas-Hamilton. "All'epoca, c'era poca consapevolezza degli effetti [del commercio di avorio sulle popolazioni di elefanti] - questo è cambiato radicalmente negli ultimi anni."
Fortunatamente, dal 2014, il prezzo dell'avorio è sceso di oltre la metà in previsione di un divieto cinese al commercio dell'avorio, secondo un rapporto di Save the Elephants. Diverse grandi fabbriche di intaglio dell'avorio precedentemente legalmente operative sono già state chiuse da quando il divieto è entrato in vigore negli ultimi giorni del 2016. L'acquisto e la vendita di oggetti in avorio sono destinati a essere completamente fermati entro la fine del 2017, eliminando una stima di 70 percento del mercato globale dell'avorio.
"C'era la preoccupazione che l'esistenza dell'avorio" legale "potesse essere usata come una cortina di fumo [per il commercio illegale]", ha detto Douglas-Hamilton. "Ciò ha portato i cinesi a pensare che l'unico modo per controllare il commercio fosse abolirlo".
L'attenzione di Vollrath, pertanto, si è spostata sulle applicazioni biomediche dell'avorio sintetico. Ad esempio, ritiene che il suo materiale possa essere utilizzato nella riparazione di ossa o denti o per aggiornare la pratica del 19 ° secolo di utilizzare l'avorio nelle protesi d'anca per l'età della medicina rigenerativa. Ma sta anche ancora lavorando per svelare le proprietà che rendono l'avorio così prezioso dal punto di vista culturale e artistico.
L'avorio è stato storicamente utilizzato in varie economie culturali, dagli strumenti musicali agli oggetti decorativi. "Per gli intagliatori in Cina, l'avorio è un materiale molto importante", afferma Vollrath, riferendosi agli artigiani cinesi che creano oggetti decorativi dall'avorio commercializzato legalmente o illegalmente. "La nostra idea iniziale era, se riuscissimo a convincere gli intagliatori a abbandonare le loro attività di lobby dando loro un materiale sostitutivo da scolpire, questo potrebbe avere un effetto sul commercio di avorio e sul bracconaggio." Ora che l'avorio è stato bandito, dice, ingegnerizzare un il sostituto può aiutare a mantenere in vita l'imbarcazione.
L'avorio naturale possiede anche altre qualità che sono più difficili da mettere al dito. Un'applicazione tradizionale è stata nella produzione di strumenti musicali. Mentre i pianoforti sono ora fabbricati con chiavi di plastica, una piccola comunità di musicisti che suonano lo shamisen, uno strumento tradizionale giapponese a tre corde utilizzato nel teatro Kabuki e altre tradizioni musicali popolari giapponesi, usano parti d'avorio nella fabbricazione dei loro strumenti.
Queste parti sono fatte di scorte di avorio già esistenti nel paese, ma ci sono notizie di traffico illegale, afferma Keisuke Yamada, uno studente laureato in etnomusicologia che studia gli shamisen all'Università della Pennsylvania. "La maggior parte dei maestri shamisen in Giappone preferisce [parti] in avorio", afferma Yamada via e-mail. “Dicono che gli piace la sua presa; si sente a proprio agio e assorbe il sudore, che è importante per loro continuare a suonare lo strumento per ore. ”
Sebbene siano in corso progetti di ingegneria per lo sviluppo di materiali alternativi per la costruzione di shamisen, Yamada dubita che i maestri shamisen saranno disposti a passare a materiali alternativi purché l'avorio sia legalmente disponibile nel paese.
Inoltre, anche una volta che un materiale è ben caratterizzato, ci vorranno ancora molto tempo e ricerche per tradurre quella conoscenza in ricrearla. Ma una volta che lo facciamo, il potenziale è vasto. "Man mano che ci avviciniamo alla comprensione di materiali complessi come l'avorio, possiamo ricreare parte della loro magia in laboratorio e infine progettare nuovi materiali per l'uso nell'arte, nella scienza e nell'ingegneria", afferma Markus Buehler, professore di ingegneria presso il Massachusetts Institute of Tecnologia, via e-mail.
"Per passare da un materiale biologico a un materiale ingegnerizzato, è fondamentale comprendere le relazioni tra struttura e funzione", afferma Buehler, che ha lavorato sulla seta del ragno ma non ha alcun legame con i ricercatori in avorio. "Spesso è difficile produrre effettivamente un materiale che imiti quello che si trova in natura." La principale sfida tecnica per comprendere un materiale naturale come l'avorio, aggiunge, è quella di avere accesso a una serie di tecniche di imaging che consentono al materiale di essere caratterizzato dai livelli molecolare a quello macro.
Palline di avorio come queste, del 1925, ricordano un'epoca in cui le uniche vere palle da biliardo venivano tagliate da avorio asiatico fresco. (Museo nazionale di storia americana / Kenneth E. Behring Center / Smithsonian) In un articolo di revisione sulla rivista Nature Materials, il professore di ingegneria di Dartmouth Ulrike Wegst osserva che "imitare le caratteristiche di un materiale naturale non è un'impresa banale". Nonostante i progressi nella caratterizzazione dei materiali biologici, pochi sono stati sintetizzati con successo a causa delle sfide della comprensione la loro complessità su più scale, scrive. Una possibile eccezione è la madreperla o madreperla, che, come l'avorio, è costituita da componenti organici e minerali ed è stata replicata da vicino da ingegneri umani.
"È infatti possibile progettare materiali biomimetici con proprietà simili alle loro controparti", afferma Wegst via e-mail. "Le prime domande che vorrei porre sono: per quale applicazione desideri creare un materiale sostitutivo in avorio e quali sono i requisiti di progettazione per tale applicazione? ... Esistono numerosi percorsi e molti potrebbero essere davvero entusiasmanti."
Alla fine, sintetizzare l'avorio per il consumo di massa richiederebbe la collaborazione con l'industria. Ma la conoscenza delle caratteristiche molecolari dell'avorio potrebbe essere utile a biologi, ingegneri e ambientalisti molto prima di allora. Vollrath sottolinea che l'avorio di elefante è distinto dagli altri avori; la sua architettura interna differisce da quella dei mammut o dei narvali e le differenze sono state riportate aneddoticamente tra gli avori di elefanti di diverse regioni e ambienti.
"Sarebbe interessante scoprire se esiste una ragione storica o evolutiva per queste differenze e hanno implicazioni per la resistenza e le proprietà meccaniche", afferma Vollrath.
Una migliore comprensione di queste distinzioni potrebbe essere utile anche per rintracciare il commercio illegale di avorio. Vollrath ipotizza che se ci sono forti differenze tra avori basati su fattori ambientali o genetici, gli ambientalisti potrebbero usare quei dati per rintracciare l'origine dell'animale da cui proviene qualsiasi avorio sequestrato. Ciò potrebbe integrare il metodo di tracciamento dell'avorio a base genetica di cui Elizabeth Kolbert ha recentemente riferito per la rivista Smithsonian, in cui i ricercatori abbinano specifiche mutazioni genetiche trovate in avorio con popolazioni di elefanti conosciute .
Tuttavia, non tutti gli esperti di politica di conservazione concordano sul fatto che l'aggiunta di convincente falso avorio al mercato sarebbe una buona idea. "È altamente improbabile che i prodotti di fauna selvatica sintetica che assomigliano alla realtà riducano la domanda e potrebbero persino contribuire a stimolarla", afferma via e-mail Leigh Henry, consulente politico senior presso il World Wildlife Fund. "Inoltre, i prodotti simili possono fornire una copertura per il commercio illegale e rendere il lavoro degli agenti di polizia molto più difficile."
Diventa più complicato. Se l'avorio sintetico fosse conveniente, abbondante e considerato dai consumatori come un sostituto accettabile, potrebbe abbassare il prezzo dell'avorio reale abbastanza da disincentivare il bracconaggio, afferma Carolyn Fischer, senior senior di Resources for the Future che ha svolto ricerche accademiche sul commercio di prodotti della fauna selvatica. Ma se la prevalenza del falso avorio eliminasse lo stigma del possesso di vero avorio, potrebbe avere l'effetto opposto.
"In definitiva, l'effetto netto dipende dal fatto che l'abbondanza di un sostituto possa abbassare i prezzi più di quanto spinga la domanda diminuendo lo stigma", ha detto Fischer via e-mail.
Determinare la giusta strategia per combattere il bracconaggio di elefanti richiederà necessariamente una combinazione di sforzi da parte di esperti in tutti i campi. Nel frattempo, il lavoro di Vollrath per individuare ciò che rende l'avorio così unico potrebbe beneficiare alcuni di questi altri campi, dall'ingegneria alla progettazione. Un vantaggio spesso citato della conservazione della fauna selvatica, dopo tutto, è quello di preservare le innovazioni chimiche, fisiche e ingegneristiche affinate dall'evoluzione in modo che gli umani possano capirle e adattarle ai loro usi.
Come dice Buehler delle collaborazioni tra biologi e ingegneri: "È un focus utile, credo, e ci possono essere molti vantaggi reciproci".
