mercoledì 5 febbraio 2014

Perchè gli animali non hanno le ruote?

Gran parte della tecnologia umana ha avuto origine imitando soluzioni efficaci presenti in organismi e, in generale, in natura.
Ma allora, se l'arte rispecchia la natura e se la ruota è una invenzione tanto efficace, perché gli animali camminano, volano, nuotano, saltano e strisciano ma non si spostano su due ruote o più?
Perché la natura, che è così varia nelle sue manifestazioni, ha disprezzato la ruota? Le ruote sono forse un mezzo mediocre o poco efficiente per spostarsi?

In questo caso il limite sembra risiedere negli animali e non nell'efficienza della ruota poiché molte forme e strutture vantaggiose, come ad esempio la ruota, non possono essere sviluppate dagli animali perché ci sono strutture architettoniche ereditate che glielo impediscono, come fossero dei veri e propri vincoli "architettonici" (strutturali).
Le ruote, per S.J. Gould, non hanno gravi difetti come mezzo di trasporto e probabilmente gli stessi animali avrebbero dei vantaggi anche senza per forza "imparare" a costruirsi strade come ha fatto l'essere umano per utilizzarle in maniera più efficiente; altri invece, asseriscono che tali strutture non si sono evolute negli animali proprio perché non erano poi così vantaggiose, soprattutto senza le strade.
Gould inoltre, nel suo saggio "regni senza ruote" fa notare che gli animali non possono costruire ruote con le parti che la natura ha fornito loro poiché dal punto di vista strutturale vi sono dei limiti che impediscono questa possibilità.
Infatti, come principio strutturale fondamentale, una vera ruota deve girare liberamente, senza alcuna fusione fisica con l'oggetto che trasporta e già questo risulta un grosso limite strutturale.
Nel caso in cui la ruota e l'organismo avessero una connessione fissa, la ruota non potrebbe girare liberamente molto a lungo e dovrebbe inevitabilmente ruotare all'indietro per evitare stress agli elementi di connessione, i quali si romperebbero con l'accumularsi dello sforzo.
Altro limite strutturale che rende la ruota infattibile per gli animali, riguarda la necessità di questi a mantenere connessioni fisiche fra le loro parti; infatti, gli animali necessitano di muscoli, legamenti, strutture ossee, apparato circolatorio, sistema nervoso... tutte strutture fondamentali che risulterebbero incompatibili con una ipotetica ruota, che andrebbe a disconnettere inevitabilmente l'organismo nelle sue parti più importanti.

Per Richard Dawkins (teorico del "gene egoista"), costruire una strada, che teoricamente non è molto più complicata di costruire un nido, non sarebbe un gesto abbastanza egoista poiché, una volta costruita, verrebbe utilizzata da chiunque, anche da chi non ha partecipato alla costruzione e per questo non ci sarebbe un vantaggio per i costruttori, anzi, sarebbero penalizzati perché essi pagherebbero il prezzo della costruzione mentre gli altri individui potranno utilizzare la strada ma senza aver speso energie, tempo e risorse utili ad attività fondamentali come la riproduzione e la nutrizione.


Detto ciò, abbiamo delle teorie su questo argomento che giustificano in maniera scientificamente corretta l'assenza di animali con le ruote.... ora però vi stupirò dicendovi che in verità esistono organismi dotati di ruote ed uno di loro è proprio nel nostro organismo.
Per questo sarebbe meglio domandarsi del perché nei grandi animali non si sono sviluppate strutture come le ruote (per i motivi elencati poco sopra) considerando il fatto che nel "mondo del molto piccolo" la natura ci sorprende ancora una volta e strutture rotanti, come le ruote, sono fattibili nel mondo microscopico.


Nel nostro corpo e in quello di ogni essere umano vi sono miriadi di Escherichia coli, comune bacillo dell'intestino umano, lungo circa 2 micrometri, che per muoversi utilizza come sistema di propulsione lunghi filamenti simili a fruste denominati flagelli.
Il biologo Howard C. Berg, modificò il suo microscopio per poter seguire i singoli batteri e studiarne il movimento e notò che un E.coli si muove in due modi;
E.coli può "correre", nuotando rapidamente per un certo tempo lungo una traiettoria rettilinea o leggermente curva poi si può fermare bruscamente e dondolare (twiddle), e dopo aver ruotato su se stesso riparte in un'altra direzione.
Secondo le osservazioni di Berg, il flagello batterico opera come una ruota; esso ruota rigidamente come un'elica azionata da un "motore" rotatorio posizionato nella parte basale inclusa nella parete cellulare dell'organismo. Inoltre, il motore è reversibile e quindi E.coli può modificare la direzione del moto arrestandosi bruscamente e ruotando i flagelli in una nuova direzione (vedi video qui sotto).



Oltre all'esempio di Escherichia coli, esiste un protista monocellulare che vive nel tubo digerente delle termiti che possiedono strutture le quali fungono da ruote.
Questo organismo, la cui struttura è stata identificata per la prima volta dal dottor Sidney Tamm, contiene un assostilo (una sorta di asse decorrente lungo la lunghezza del corpo), che ruota continuamente in una direzione. Gli organelli dell'estremo anteriore del corpo, nucleo compreso, sono fissati all'assostilo e ruotano con esso,  "come quando si fa ruotare un lecca-lecca tenendolo per il bastoncino", come osservato dallo stesso Tamm.

Ma la cosa più curiosa, e che lo rende più simile al funzionamento di una ruota, è che l'intero estremo anteriore, compresa la superficie della cellula, ruota assieme all'assostilo relativamente all'asse del corpo.
Tamm riuscì a dimostrare questo movimento con un ingegnoso esperimento, fissando piccoli batteri sull'intera superficie esterna della cellula.
 Quelli fissati all'estremità anteriore della cellula ruotavano con moto continuo rispetto a quelli fissati all'estremità posteriore.
I batteri non aderivano però a una stretta banda compresa fra la parte frontale e quella posteriore della cellula, la quale doveva rappresentare perciò una zona di taglio.
Tamm studiò anche la struttura della membrana cellulare utilizzando un microscopio elettronico a congelamento e frattura e trovò che essa era continua attraverso la zona di taglio. Tamm concluse che l'intera superficie doveva essere fluida e che le zone di taglio potevano formarsi, teoricamente, in qualsiasi posizione di essa.

Riassumendo:
1) Le ruote sono un'invenzione umana in cui non vi è traccia in natura ad eccezione del mondo dei microrganismi (E.Coli, protista delle termiti).
2) I motivi per cui la ruota non è presente nei grandi animali sono stati discussi a lungo nel mondo scientifico. 
3) C'è chi pensa che non esista questa struttura nel mondo animale perché risulterebbe poco efficace considerando che anche per l'uomo, la ruota è diventata importante nel momento in cui si è costruita anche la strada dove farle muovere senza troppa fatica. Un animale, in un ambiente privo di strade (terreno, sabbia ecc ecc) si muove meglio utilizzando zampe, ali ecc ecc...
4) Secondo Dawkins, fautore della teoria del gene egoista, l'ipotetica costruzione da parte degli animali di strade non si è verificata poiché sarebbe una cosa poco egoista ed utilizzabile da chiunque altro e quindi molto più vantaggioso per chi non l'ha costruita sprecando tempo ed energie.
5) Per Gould, oltre al fatto che non c'è stato bisogno di costruire una strada perché l'evoluzione ha avvantaggiato altri metodi di movimento in terreni brulli o impervi, afferma che ci sono dei grandi problemi strutturali per degli ipotetici grossi animali con ruote come strutture di locomozione. Ciò perché non ci sarebbe la possibilità di connettere tessuti, vasi sanguigni, sistema nervoso ecc... con la ipotetica nuova struttura "ruota".

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