La domanda ha affascinato gli interessati a creare nuovi materiali che imitano i materiali biologici. I risultati sono pubblicati sulla rivista Science.
Il becco appuntito del calamaro di Humboldt è uno dei materiali organici più duri e rigidi conosciuti. Ingegneri, biologi e scienziati marini dell’Università della California, Santa Barbara, hanno unito le forze per scoprire come il calamaro morbido e gelatinoso possa azionare il suo becco a coltello senza farsi a pezzi.
LaUC Santa Barbara è una mecca per questo tipo di studi interdisciplinari, e attira scienziati e ingegneri da tutto il mondo per affrontare questioni che attraversano una vasta gamma di discipline scientifiche e ingegneristiche.
La chiave del becco di calamaro sta nelle gradazioni di rigidità. La punta è estremamente rigida, ma la base è 100 volte più flessibile, permettendo di fondersi con il tessuto circostante. Tuttavia, questo funziona solo quando la base del becco è bagnata. Dopo che si asciuga, la base diventa altrettanto rigida quanto la punta del becco già essiccata.
I calamari Humboldt, o Dosidicus gigas, sono larghi circa un metro e mezzo e possono ferire un pesce con un solo rapido movimento. Secondo l’articolo, … “un becco di calamaro può recidere il midollo nervoso per paralizzare la preda per una successiva e piacevole cena.”
“I calamari possono essere aggressivi, capricciosi, improvvisamente cattivi, e sono sempre affamati”, ha detto Herb Waite, co-autore e professore di biologia alla UC Santa Barbara. “Non vorresti immergerti vicino a uno di loro. Una dozzina di loro potrebbe mangiarti, o farti davvero molto male”. Le creature sono molto veloci e nuotano con propulsione a getto.
Oltre agli esseri umani, il principale predatore dei calamari è il capodoglio, e questi animali mostrano spesso le cicatrici della battaglia, con la pelle rovinata dalle ventose taglienti del calamaro. Waite ha notato che il muscolo del calamaro è disponibile nei panini fatti localmente, spesso chiamati “panini con bistecca di calamaro”.”
Waite trova il becco del calamaro irresistibile e ha interessato il ricercatore post-dottorato e primo autore Ali Miserez a partecipare allo studio. Miserez è affiliato con il Dipartimento dei Materiali della UCSB, il Dipartimento di Biologia Molecolare, Cellulare e Sviluppata (MCDB), e il Marine Science Institute.
“Sono sempre stato scettico sul fatto che ci sia qualche vantaggio reale ai materiali ‘funzionalmente classificati’, ma il becco di calamaro mi ha trasformato in un credente”, ha detto il co-autore Frank Zok, professore e presidente associato del Dipartimento dei Materiali alla UC Santa Barbara.
“Qui si ha uno ‘strumento di taglio’ che è estremamente duro e rigido in punta ed è attaccato a un materiale —- la massa muscolare buccale —- che ha la consistenza della gelatina”, ha detto Zok.
“Si possono immaginare i problemi che si incontrano se si attacca una lama di coltello a un blocco di gelatina e si cerca di utilizzare quella lama per tagliare. La lama taglierebbe la gelatina almeno quanto l’oggetto che si vuole tagliare. Nel caso del becco del calamaro, la natura si prende cura del problema cambiando la composizione del becco progressivamente, piuttosto che bruscamente, in modo che la sua punta possa perforare la preda senza danneggiare il calamaro nel processo. È un design davvero affascinante!”
Zok ha spiegato che la maggior parte delle strutture ingegneristiche sono fatte di combinazioni di materiali molto diversi come ceramica, metalli e plastica. Unirli insieme richiede una sorta di attacco meccanico come un rivetto, un dado e un bullone, o un adesivo come l’epossidica. Ma questi approcci hanno dei limiti.
“Se potessimo riprodurre i gradienti di proprietà che troviamo nel becco di calamaro, si aprirebbero nuove possibilità per unire i materiali”, ha spiegato Zok. “Per esempio, se si classificasse un adesivo per far corrispondere le sue proprietà a un materiale da un lato e all’altro materiale dall’altro lato, si potrebbe potenzialmente formare un legame molto più robusto”, ha detto. “Questo potrebbe davvero rivoluzionare il modo in cui gli ingegneri pensano di attaccare i materiali insieme”.
Secondo Waite, i ricercatori sono stati aiutati dal fatto che i calamari sembrano spostarsi a nord dalle aree in cui sono stati tradizionalmente concentrati, per esempio le acque profonde al largo della costa di Acapulco, in Messico. Recentemente però i calamari Humboldt sono stati trovati in gran numero nelle acque della California meridionale. Decine di calamari morti si sono recentemente lavati sulle spiagge del campus, fornendo ai ricercatori più becchi da studiare.
Gli altri due co-autori dell’articolo di Science sono della UCSB. Sono Todd Schneberk, affiliato alla ricerca sui materiali e al MCDB, e Chengjun Sun, affiliato al MCDB e al Marine Science Institute.