Perché il diabolico coleottero corazzato è quasi impossibile da schiacciare

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Il diabolico coleottero corazzato è come un minuscolo carro armato su sei zampe.

Il robusto esoscheletro di questo insetto è così resistente che lo scarabeo può sopravvivere a essere investito dalle auto e molti aspiranti predatori non hanno alcuna possibilità di aprirne uno. Phloeodes diabolicus è fondamentalmente il mascalzone della natura.

Le analisi delle immagini al microscopio, i modelli stampati in 3-D e le simulazioni al computer dell'armatura del coleottero hanno ora rivelato i segreti della sua forza. Le strutture strettamente interconnesse e che assorbono gli urti che collegano pezzi dell'esoscheletro del coleottero lo aiutano a sopravvivere a enormi forze di schiacciamento, riferiscono i ricercatori su Nature del 22 ottobre. Queste caratteristiche potrebbero ispirare progetti nuovi e più robusti per cose come giubbotti antiproiettile, edifici, ponti e veicoli.

Il diabolico coleottero corazzato, che vive nelle regioni desertiche del Nord America occidentale, ha una forma decisamente difficile da schiacciare. "A differenza di uno scarabeo puzzolente o di uno scarafaggio namibiano, che è più arrotondato … è basso rispetto al suolo [and] è piatto in cima ", dice David Kisailus, scienziato dei materiali presso l'Università della California, Irvine. Negli esperimenti di compressione, Kisailus e colleghi hanno scoperto che il coleottero poteva sopportare circa 39.000 volte il proprio peso corporeo. Sarebbe come una persona che trasporta una pila di circa 40 carri armati M1 Abrams.

All'interno del fisico da carro armato del diabolico coleottero corazzato, due caratteristiche microscopiche chiave lo aiutano a resistere alle forze di schiacciamento. Il primo è una serie di connessioni tra la metà superiore e quella inferiore dell'esoscheletro. "Puoi immaginare l'esoscheletro dello scarabeo quasi come due metà di un guscio di conchiglia sedute una sopra l'altra", dice Kisailus. Le creste lungo i bordi esterni della parte superiore e inferiore si fissano insieme.

Questa fetta della schiena di un diabolico scarafaggio corazzato mostra i collegamenti a forma di puzzle che collegano i lati sinistro e destro del suo esoscheletro. Queste sporgenze sono strettamente intrecciate e altamente resistenti ai danni, contribuendo a conferire allo scarafaggio la sua incredibile durata.David Kisailus

Ma quelle connessioni increspate hanno forme diverse sul corpo dello scarabeo. Vicino alla parte anteriore dello scarafaggio, attorno ai suoi organi vitali, le creste sono altamente interconnesse, quasi come i denti di una cerniera. Questi collegamenti sono rigidi e resistono alla flessione sotto pressione.

Le creste connettive vicino alla parte posteriore del coleottero, d'altra parte, non sono così intricate, consentendo alle metà superiore e inferiore dell'esoscheletro di scivolare leggermente l'una sull'altra. Questa flessibilità aiuta lo scarafaggio ad assorbire la compressione in una regione del suo corpo che è più sicura da schiacciare.

La seconda caratteristica chiave è un'articolazione rigida, o sutura, che percorre la lunghezza della schiena del coleottero e collega i suoi lati sinistro e destro. Una serie di sporgenze, chiamate lame, si incastrano come pezzi di un puzzle per unire i due lati. Queste lame contengono strati di tessuto incollati insieme da proteine ​​e sono altamente resistenti ai danni. Quando lo scarafaggio viene schiacciato, si formano piccole crepe nella colla proteica tra gli strati di ciascuna lama. Quelle piccole fratture sanabili consentono alle lame di assorbire gli impatti senza rompersi completamente, spiega Jesus Rivera, ingegnere della UC Irvine.

Questa robustezza rende il diabolico coleottero corazzato abbastanza a prova di predatori. Un animale potrebbe essere in grado di preparare un pasto con lo scarafaggio inghiottendolo intero, dice Kisailus. "Ma per come è costruito, in termini di altre predazioni – diciamo come un uccello che lo becca o una lucertola che sta cercando di masticarlo – l'esoscheletro sarebbe davvero difficile" da rompere.

Quel duro esterno è anche un fastidio per i collezionisti di insetti. Il diabolico coleottero corazzato è noto tra gli entomologi per essere così straordinariamente resistente da piegare i perni d'acciaio solitamente usati per montare gli insetti per l'esposizione, dice l'entomologo Michael Caterino della Clemson University in South Carolina. Ma "la biologia di base di questa cosa non è particolarmente conosciuta", dice. "Ho trovato affascinante" apprendere cosa rende lo scarabeo così indistruttibile.

La possibilità di utilizzare design ispirati ai coleotteri per aeroplani più robusti e altre strutture è intrigante, aggiunge Caterino. E con la splendida varietà di insetti in tutto il mondo, chissà quali altre creature potrebbero un giorno ispirare progetti ingegneristici intelligenti.