Per quanto ne sappiamo, gli ingranaggi meccanici - denti di dimensioni uniformi tagliati in due diverse superfici rotanti per bloccarli insieme mentre girano - furono inventati intorno al 300 a.C. dai meccanici greci che vivevano ad Alessandria. Nei secoli successivi, il semplice concetto è diventato la chiave di volta della tecnologia moderna, consentendo tutti i tipi di macchinari e veicoli, tra cui automobili e biciclette.
A quanto pare, però, un insetto saltellante lungo tre millimetri noto come Issus coleoptratus ci ha battuto a questa invenzione. Malcolm Burrows e Gregory Sutton, una coppia di biologi dell'Università di Cambridge nel Regno Unito, hanno scoperto che i giovani della specie hanno un sistema di ingranaggi intricato che blocca le zampe posteriori, consentendo a entrambe le appendici di ruotare nello stesso istante, causando il minuscole creature saltano in avanti.
Issus coleoptratus
Gli ingranaggi si trovano sul segmento superiore di ciascuna delle zampe posteriori dell'insetto
La scoperta, che è stata pubblicata oggi su Science, è ritenuta il primo sistema di trasmissione funzionale mai scoperto in natura. Gli insetti del genere Issus, che sono comunemente chiamati "planthoppers", si trovano in Europa e in Nord Africa. Burrows e Sutton hanno utilizzato microscopi elettronici e acquisizione video ad alta velocità per scoprire l'esistenza dell'ingranaggio e scoprirne la funzione esatta.
La ragione dell'ingranaggio, dicono, è la coordinazione: per saltare, entrambe le zampe posteriori dell'insetto devono avanzare nello stesso momento. Poiché entrambi oscillano lateralmente, se uno fosse esteso una frazione di secondo prima dell'altro, spingerebbe l'insetto fuori rotta verso destra o sinistra, invece di saltare dritto in avanti.
Il cambio è una soluzione elegante. I video ad alta velocità dei ricercatori hanno mostrato che le creature, che saltano a velocità fino a 8.7 miglia all'ora, inclinano le gambe posteriori in una posizione di salto, quindi si spingono in avanti, ciascuna delle quali si muove entro 30 microsecondi (ovvero 30 milionesimi di secondo ) dell'altro.
Gli ingranaggi finemente dentati nelle loro gambe permettono che ciò accada. "In Issus, lo scheletro viene utilizzato per risolvere un problema complesso che il cervello e il sistema nervoso non possono", ha detto Burrows in una nota della stampa.
Gli ingranaggi si trovano nella parte superiore delle zampe posteriori degli insetti (su segmenti noti come trocantere) e comprendono da 10 a 12 denti conici, ciascuno largo circa 80 micrometri (o 80 milionesimi di metro). In tutte le tramogge Issus studiate, lo stesso numero di denti era presente su ciascuna zampa posteriore e gli ingranaggi si bloccavano perfettamente. I denti hanno persino curve filettate alla base, un design incorporato negli ingranaggi meccanici creati dall'uomo perché riduce l'usura nel tempo.
Per confermare che gli ingranaggi hanno svolto questa funzione, i ricercatori hanno eseguito un trucco accurato (anche se morboso) con alcuni Issus morti. Hanno piegato manualmente le gambe indietro in una posizione di salto, quindi hanno elettricamente stimolato il muscolo principale di salto in una gamba in modo che la gamba si estendesse. Poiché era bloccato a rotazione dagli ingranaggi, anche l'altra gamba non stimolata si muoveva e l'insetto morto balzò in avanti.
Il mistero principale è il fatto che gli adulti della stessa specie di insetto non hanno alcun ingranaggio: quando i giovani crescono e la loro pelle si scioglie, non riescono a ricrescere questi denti degli ingranaggi e le gambe degli adulti sono sincronizzate da un meccanismo alternativo ( una serie di sporgenze si estende da entrambe le zampe posteriori e spingono l'altra gamba in azione).
Burrows e Sutton ipotizzano che ciò potrebbe essere spiegato dalla fragilità degli ingranaggi: se un dente si rompe, limita l'efficacia del disegno. Questo non è un problema così grande per i giovani, che ripetutamente mudicano e fanno crescere nuovi ingranaggi prima dell'età adulta, ma per l' Iso maturo, la sostituzione dei denti sarebbe impossibile - da qui la disposizione alternativa.
Ci sono state strutture simili ad ingranaggi precedentemente trovate su altri animali (come la tartaruga spinosa o l'insetto della ruota), ma sono puramente ornamentali. Questo sembra essere il primo design naturale che funziona meccanicamente come i nostri sistemi a ingranaggi.
"Di solito pensiamo agli ingranaggi come a qualcosa che vediamo in macchinari progettati dall'uomo, ma abbiamo scoperto che è solo perché non sembravamo abbastanza duri", ha detto Sutton. “Questi ingranaggi non sono progettati; si sono evoluti — rappresentano macchine ad alta velocità e precisione evolute per la sincronizzazione nel mondo animale. ”
