Diverse specie hanno affascinato gli osservatori con la loro capacità di saltare da un lato all'altro e di balzare in aria dalla superficie di uno stagno come se l'acqua fosse terraferma. Una di queste specie originaria della Virginia e della Carolina del Nord è la rana grillo
È stato osservato che diverse specie di rane della famiglia dei Ranidae “saltellano” sulla superficie dell’acqua, ma si sa poco sui meccanismi biomeccanici o fisici che sono alla base di questo comportamento. Tutte le descrizioni documentate sono aneddotiche e affermano semplicemente che le rane possono attraversare la superficie dell'acqua senza affondare. Il modo in cui queste rane si muovono nell'acqua potrebbe fornire spunti per strumenti per il futuro della robotica, delle imbarcazioni e altro ancora.
Il dottor Jake Socha (1), Samuel Herrick professore di ingegneria meccanica, guida un team di ricerca che studia l'abilità unica della rana grillo (2) di “Skittering” (saltellare), un altro nome per saltare più volte di seguito. Le scoperte del team sono state pubblicate sul Journal of Experimental Biology (3), con la ricercatrice, la dottoressa Talia Weiss come prima autrice.
«“Skittering” non è in realtà un termine ben definito per questo comportamento: un naturalista lo ha usato per descrivere un comportamento di 'salto sull'acqua' attribuito alle rane nel 1949 e da allora è stato utilizzato per questo tipo di locomozione in tutta la letteratura successiva», ha affermato il professor Weiss. «Parte di questa ricerca non è solo lo studio di questo comportamento nelle rane grillo, ma anche il tentativo di dare a “Skittering” una definizione scientifica più precisa».
Come ci riescono? Nei loro studi, i membri del team di Socha hanno scoperto che le opinioni popolari generalmente affermano che la rana attraversa l'acqua senza affondare, ma farlo potrebbe comunque richiedere un'anatomia altamente specializzata. Cosa ha questa rana che le altre rane non hanno?
«Il nostro laboratorio ha studiato una serie di animali, e molti mostrano comportamenti affascinanti nell'orientarsi nel loro ambiente», racconta Socha. «L'umile rana grillo vive nelle vicinanze, e tuttavia ci ha comunque sorpreso con le sue capacità, motivando ulteriormente la nostra curiosità di comprendere il mondo vivente».
Video ad alta velocità per rane ad alta velocità
Le rane grillo sono tra le rane più piccole del Nord America, e si trovano facilmente sul pollice della mano di un adulto medio. Per osservare la rana grillo in movimento, i membri del team hanno utilizzato videografie ad alta velocità. Hanno registrato come la rana salta sulla terraferma e in acqua, osservando il movimento delle sue zampe mentre navigava in entrambi gli ambienti.
Il team ha scoperto che le rane in realtà affondano a ogni salto. Mentre lo “Skittering” fornisce un'immagine delle rane che saltano liberamente mentre solo i loro piedi penetrano la superficie dell'acqua, le registrazioni hanno mostrato un'immagine diversa. Socha, Weiss e i loro compagni di squadra notato ome ogni volta che una rana scendeva da un salto, il suo intero corpo si immergeva. Il movimento era meno simile a quello di una rana che salta e danza liberamente sull'acqua e più simile a un tonfo e un salto. I loro movimenti potrebbero essere più appropriatamente chiamati “porpoising”, dal movimento che usano una focena o un delfino: saltare in aria da sotto la superficie dell'acqua.
Lancio da sott'acqua
Il motivo per cui in passato le rane grillo sembravano danzare sull'acqua quando venivano viste a occhio nudo è dovuto in gran parte al loro rapido movimento.
Per registrare questo movimento ultraveloce, il team ha utilizzato una vasca di vetro da 20 galloni e vi ha liberato le rane. Le telecamere ad alta velocità che riprendevano fino a 500 fotogrammi al secondo erano puntate dal lato della vasca di vetro per catturare l'azione sopra e sotto la superficie dell'acqua. Mentre le rane saltavano, il team ha immortalato la loro fuga.
Il filmato è stato poi rallentato a una piccola frazione della velocità originale. Quando hanno guardato il filmato, i membri del team hanno fatto la loro sorprendente osservazione: le rane sono effettivamente affondate.
«È affascinante la facilità con cui possiamo essere ingannati dai rapidi movimenti degli animali», ha detto Socha. «Qui, siamo ingannati da una rana che sembra un sasso che salta, ma in realtà salta e si tuffa più volte di seguito. Le rane sono ottime saltatrici, ma la maggior parte di loro non mostra questo comportamento da delfino, e ancora non sappiamo perché. C'è qualcosa di speciale nel salto della rana, o è semplicemente una questione di piccole dimensioni del corpo?»
Osservandoli al rallentatore, i membri del team hanno potuto osservare il movimento della rana mentre ritraeva ed estendeva gli arti. Hanno anche notato che l'angolazione del suo corpo rispetto alla linea di galleggiamento giocava un ruolo, conferendole la capacità di bilanciarsi nell'acqua.
Hanno suddiviso ogni ciclo di salto in:
Decollo, da posizione sommersa
Aereo, ovvero tempo trascorso in aria dopo un salto
Rientro, di nuovo in acqua
Recupero, ripristino per il salto successivo
In poco più di un secondo, la rana decollerebbe completamente sommersa, estendendo le zampe in una spinta subacquea per spingere il corpo sopra la superficie. Le zampe posteriori rimangono estese mentre si muove nell'aria e le zampe anteriori passano dalla pressione contro il corpo a protendersi in avanti. Le zampe anteriori estese sono le prime a toccare l'acqua al rientro e le zampe posteriori sono ancora estese mentre affonda. Mentre affonda, le zampe posteriori si ritraggono e si piegano all'indietro in una posizione di salto. Viene eseguito un altro salto, ripetendo il movimento.
In pratica è un tuffo di pancia.
Il team ha osservato le rane compiere fino a otto salti di fila, ognuno dei quali veniva eseguito completamente in meno di un secondo.
Comprendere lo “Skittering” è una scoperta importante per il regno della biologia, ma contiene anche altre chiavi. Questa scoperta fornisce una nuova base fisica per il futuro della robotica bio-ispirata. Potrebbe essere applicata a un sistema di test dell'acqua che deve essere rapidamente implementato, o a un drone anfibio che effettua misurazioni della profondità dell'acqua. Questi dispositivi futuristici possono prendere spunto dalla natura per utilizzare metodi ben collaudati che le rane utilizzano da secoli.
Riferimenti:
(2) Jake Socha
(3) Skittering locomotion in cricket frogs: a form of porpoising
Descrizione foto: La ricercatrice laureata Talia Weiss osserva una rana grillo. - Credit: Jake Socha.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A fast-moving belly flop: Researchers unveil the unique skills of cricket frogs