Diverse specie hanno affascinato gli osservatori con la loro capacità di saltare da un lato all’altro e di saltare in aria dalla superficie di uno stagno come se l’acqua fosse terra. Una di queste razze originarie della Virginia e della Carolina del Nord è la rana grillo. Il modo in cui queste rane si muovono nell’acqua potrebbe fornire informazioni sugli strumenti per il futuro della robotica, delle moto d’acqua e altro ancora.
Jake Socha, professore di ingegneria meccanica di Samuel Herrick, guida un gruppo di ricerca che studia la capacità unica della rana grillo di “saltare”, un altro nome per saltare più volte di seguito. I risultati del team sono stati pubblicati nel Giornale di biologia sperimentale, con la ricercatrice laureata Talia Weiss come prima autrice.
“Skittering non è in realtà una parola ben definita per questo comportamento: un naturalista lo usò per descrivere il comportamento di ‘saltare sull’acqua’ nelle rane nel 1949, e da allora è stato usato per questo tipo di locomozione in tutta la letteratura successiva.” “, ha detto Weiss. “Parte di questa ricerca non consiste solo nello studiare questo comportamento nelle rane grillo, ma anche nel cercare di dare al termine ‘svolazzare’ una definizione scientifica più precisa.”
Come lo fanno? 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 per farlo potrebbe comunque richiedere un’anatomia altamente specializzata. Cos’ha questa rana che le altre rane non hanno?
“Il nostro laboratorio ha studiato una vasta gamma di animali e molti mostrano comportamenti affascinanti nell’esplorazione del loro ambiente”, ha affermato Socha. “L’umile rana grillo vive nelle vicinanze, eppure 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 stanno facilmente sul pollice della mano di un adulto medio. Per osservare la rana grilla in movimento, i membri del team hanno utilizzato la videografia ad alta velocità. Hanno registrato come la rana salta sulla terra e nell’acqua, osservando il movimento delle loro gambe mentre navigavano in entrambe.
Il team ha scoperto che le rane affondano effettivamente ad ogni salto. Mentre lo “scorrimento” dà un’immagine delle rane che saltano liberamente mentre solo i piedi penetrano nella superficie dell’acqua, le registrazioni hanno mostrato un’immagine diversa. Socha, Weiss e i loro compagni di squadra videro che 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 plop e un salto. I loro movimenti potrebbero essere chiamati più appropriatamente “focena”, dal nome del movimento utilizzato da una focena o da un delfino: saltare in aria da sotto la superficie dell’acqua.
Lancio da sott’acqua
Il motivo per cui in precedenza le rane grillo sembravano danzare sull’acqua se viste a occhio nudo è in gran parte dovuto al loro movimento rapido.
Per registrare questo movimento ultraveloce, il team ha utilizzato un serbatoio di vetro da 20 galloni e vi ha rilasciato le rane. Telecamere ad alta velocità che scattavano 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, la squadra ha catturato la loro fuga.
Il filmato è stato quindi rallentato fino a una piccola frazione della velocità originale. Quando hanno guardato il filmato, i membri del team hanno fatto la loro sorprendente osservazione: le rane effettivamente affondavano.
“È affascinante quanto facilmente possiamo essere ingannati dai rapidi movimenti degli animali”, ha detto Socha. “Qui veniamo ingannati da una rana che sembra una pietra che rimbalza, ma in realtà salta e si tuffa più volte di seguito. Le rane sono ottimi saltatori, ma la maggior parte di loro non mostra questo comportamento da delfinario, e noi continuiamo a non farlo.” “Non so perché. C’è qualcosa di speciale nel salto della rana o è semplicemente una questione di piccole dimensioni?”
Osservandoli al rallentatore, i membri del team hanno potuto osservare il movimento della rana mentre ritraeva ed estendeva i suoi arti. Hanno anche notato che l’angolo del suo corpo rispetto alla linea di galleggiamento giocava un ruolo importante, dandogli la capacità di mantenersi in equilibrio nell’acqua. Hanno suddiviso ogni ciclo di salto in:
- Decollo, da una posizione sommersa
- Aerial, o 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 decollava completamente immersa, estendendo i piedi in una spinta subacquea per spingere il suo corpo sopra la superficie. Le sue zampe posteriori rimasero distese mentre si muoveva nell’aria, e le sue zampe anteriori si spostarono dalla pressione contro il suo corpo per allungarsi in avanti. Le zampe anteriori estese sono le prime a colpire 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. Si esegue un altro salto, ripetendo il movimento.
È fondamentalmente un fiasco.
Il team ha osservato le rane eseguire fino a otto salti di fila, ciascuno eseguito 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 applicato a un sistema di analisi dell’acqua che deve essere implementato rapidamente o a un drone anfibio che effettua misurazioni della profondità dell’acqua. Questi dispositivi futuristici possono prendere spunto dalla natura per utilizzare metodi ben testati che le rane usano da secoli.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
