lunedì 12 dicembre 2011

CARNEVALE DELLA BIODIVERSITA' VI: quando la necessità aguzza l'ingegno!

E' online la sesta edizione del carnevale della biodiversità! L'edizione sarà ospitata dal famoso Oggiscienza magazine on-line di scienza. Recandovi su Oggiscienza troverete il post di presentazione di questa tornata del carnevale e l'elenco dei blog che partecipano all'iniziativa. Come mostrato nel bando il tema di questa edizione è parenti serpenti!
Anche questa volta sono più che felice di partecipare a questo fantastico carnevale, spero che il post sia di gradimento!

 Parla di serpenti, , di pesci che fanno la parte delle prede, di interazioni predatori-preda...
Non mi resta che augurarvi buona lettura!




I pesci sono in generale una preda sfuggente, piccoli disturbi che si verificano nell'ambiente acquatico circostante di solito causano un eccitazione di un particolare gruppo di neuroni (neuroni ipsilaterali) che eccitano i motoneuroni controlaterali, tutto ciò permette un rapido movimento di fuga, fondamentale per riuscire a sfuggire alla morsa di potenziali predatori. Molto spesso questi movimenti rapidi oltre ad essere di fondamentale importanza per permettere una fuga instantanea possono anche sorprendere e disorientare in un certo modo i predatori.
In uno studio pubblicato sulla rivista PNAS, viene mostrata e descritta la particolare strategia che i serpenti tentacolari (Erpeton tentaculatus) sfruttano per catturare le loro prede.
Non si mimetizzano e non adoperano agguati o strategie simili, tutta la loro efficacia nel predare sta nell'eseguire una finta... avete capito bene: con un movimento del corpo distrae le sue prede inducendole a sbagliare direzione nella fuga, ciò consente al serpente di catturarlo. Un esempio di come un predatore approfitti del meccanismo principale di difesa della sua preda, adattandosi ad esso e sfruttandolo contro la stessa preda.

 Strategie e comportamento.
I serpenti tentacolari, sono degli esperti pescatori; durante la caccia assumono una particolare forma molto somigliante alla lettera J; e rimangono fermi in attesa che qualche boccone prelibato arrivi alla loro portata. . Per la precisione una volta posizionatosi, attendono che piccoli pesci si avvicinino nella zona concava compresa tra il collo e la testa prima di colpire. Quando ciò avviene, l'attacco è improvviso, la velvocità di attacco è stimata in circa 15-20 ms (millisecondi). I pesci come accennato nell'introduzione sopra sono altamente specializzati nel rilevare piccoli disturbi nell'ambiente che li circonda, e sono in grado d rispondere a tali disturbi istantaneamente. Ciò è imporante in quanto in questo modo riescono ad eludere velocemente, nella stragrande maggioranza dei casi, gli attacchi portati dai predatori.  Un ruolo di fondamentale importanza è svolto da un particolare gruppo di neuroni, noti come cellule di Manhuter che permettono una fuga imporvvisa nota come reazione C-start. Questa risposta viene chiamata in tale mdo perchè il movimento di fuga permette al corpo del pesce di effettuare un movimento a C, che consente al pesce di ruotare immediatamente in direzione opposta al disturbo per poi fuggire il più lontano possibile. Questo tipo di risposta viene avviato in meno di 5-6 msec. Un tempo di reazione notevole!
La velocità di reazione necessaria per la fuga del pesce, e quella necessaria al serpente per catturare la preda sono molto elevate. Per i pesci riuscire a svoltare nella direzione giusta mentre un predatore si avvicina, è di fondamentale impotanza per la sua sopravvivenza; è una decisione che viene presa in pochi millisecondi dall'insorgenza dello stimolo.
Una volta che la direzione di fuga è stata scelta, destra o sinistra, i circuiti neurali del pesce sono tutti impegnati ad eccitare in maniera massiccia i muscoli su un lato del tronco, inibendo la funzionalità di quelli dal lato opposto; in questo modo si consente una rapida svolta. Lo studio, effettuato in slow-motion per osservare con più attenzione i velocissimi movimenti dei due organismi, ha mostrato che la particolare disposizione  a forma di J assunta dal serpente nel suo appostamento, e i particolari e veloci movimenti che esso esegue sono fondamentali per permettere al serpente di indurre il movimento di fuga del pesce nella direzione sbagliata!
Per esaminare i dettagli della predazione del serpente tentacolare, sono stati utilizzati 4 serpenti e sono state usate specifiche camere da ripresa e macchine fotografiche, ad altissima risoluzione (500-2000 fps cioè fotogrammi per secondo). Entrambi gli organismi, predatore e preda, sono stati inseriti in un acquario di piccole dimensioni in modo da facilitare l'incontro tra pesci e serpenti. Si è visto che i serpenti utilizzati nella ricerca erano orientati a colpire i pesci, una volta che questi si erano avvicinati nella regione tra la testa e il corpo (il movimento è riportato schematicamente con un disegno in figura 1). 
Giusto 1-3ms (millisecondi) prima di colpire la preda, il serpente muove specifiche porzioni del corpo in una determinata sequenza, muovendo in ultimo collo e testa. Osservando con attenzione i movimenti del serpente nei momenti iniziali, è stato sorprendente osservare come i pesci rispondevano a questi rapidi movimenti del corpo del serpente e non al rapido movimento della testa che viene effettuato nel momento in cui il serpente colpisce la preda.  Il movimento del corpo, inizia come una traslazione orizzontale della superficie della pelle, accompagnato da una leggera rotazione verso il basso del corpo; seguito da un movimento volto a disegnare una specie di curva verso l'esterno al di sotto della regione del collo, poco prima del rapido movimento della testa che permetterà al serpente di catturare la preda. ( figura 1A, freccie 1,2,3)



Nell'immagine sopra è riportato schematicamente, il movimento del corpo e della testa del serpente appena la preda si avvicina venendosi a trovare in posizione parallela alle mascelle. In (A) vengono rappresentati in sequenza i movimenti del corpo, i numeri 1 e 3 mostrano i movimenti del corpo prima che il serpente colpisca, la punta della freccia rappresenta  la flessione del collo durante una finta. In B) viene rappresentato il frame di un filmato ad alta velocità (23ms) che viene descritto nel disegno in A.

Per studiare i dettagli dell'attacco, sono state effettuate durante varie prove una serie di registrazioni, effettuate con un macchinario noto come idrofono (sono macchinari che assomigliano a dei microfoni in grado di registrare suoni sott'acqua, la peculiarità è che essi sono dei transduttori in grado di tradure in energia elettrica ogni cambiamento di pressione che viene registrato in sua prossimità. I suoni in acqua si propagano come onde di pressione), le registrazioni sono state correlate con i movimenti dei pesci e dei serpenti.
L'idrofono si trovava a circa 10 cm dalla parte concava del corpo del serpente, tra il corpo e la testa.
 I risultati hanno rivelato un cambiamento improvviso di pressione locale che si verifica circa  1-3 ms (millesecondi) prima del rapido movimento della testa del serpente, tale cambiamento di pressione era correlato nel tempo con il movimento delle altre porzioni del corpo del serpente. (figura 1 C).
Ciò che si osservò nello studio era che il movimento di fuga (C-starts) da parte del pesce avviene dopo che la testa del serpente ha iniziato a muoversi verso di esso, in genere circa 3-4 ms dopo. (In figura 1C si può vedere un grafico nel quale sono stati registrati dall'idrofono i movimenti, cliccando sull'immagine si ingrandisce). Questo periodo di 3-4 ms è stato campionato mediante registrazioni effettuati usando almeno
10 pesci ( P-promelas), ed effettuando studi su ognuno di essi, il periodo di latenza nel movimento di fuga  variava tra i 5,5-12ms (con una media di 7,3ms). Il periodo più breve era di 5.5 ms ed era più lungo del tempo impiegato dal serpente per colpire.

Qual'è l'importanza di questi dati e per quale motivo li dobbiamo tenere presenti? La risposta è che sembra propsio che in un certo numero di prove i serpenti sembravano aver anticipato il comportamento di fuga del pesce, ponendosi con il corpo in una posizione adeguata per colpire la preda nel punto in cui quest'ultimo, indotto a fuggire dal movimento del corpo del serpente, avrebbe svoltato per la fuga.
Per esaminare questa possibilità, è stata misurata la distanza minima tra la linea mediana della testa del serpente prima dell'inizio dell'attacco, e la linea mediana della testa del pesce, le misure sono state effettuate un minimo di 10 volte per tutti e 4 i serpenti utilizzati nell'esperimento. Ciò che si è osservato (mostrato schematicamente in figura 2) è che i serpenti, non sempre colpivano alla testa del pesce, ma, come mostrato nelle figure 2 e 3, potevano colpire anche in altri punti del corpo.





In particolar modo nella ricostruzione schematica in B e C viene evidenziato il movimento del serpente in base a quello che sarà il futuro movimento del pesce. La sagoma rossa indica la posizione iniziale del pesce e i  movimenti successivi.


Nell'immagine n°3 viene ulteriormente mostrato ciò in maniera schematica. Nel corso dell'attacco del serpente il pesce di solito (80% dei casi) rivolgeva la testa verso le fauci del serpente. Come mostrato in C le registrazioni dell'idrofono mostrano che il movimento del pesce si verifica circa 5,5ms dopo il movimento del corpo del serpente. (tralascio tutti i dati mostrati nelle immagini in quanto ci dilungeremmo troppo nella descrizione)

Questi dati indicano non solo che i serpenti tentacolari spaventano i pesci con il loro corpo, ma prevedono l'esito della finta in termini di comportamento futuro dei pesci. Infatti i serpenti utilizzati nell'esperimento hanno cominciato a colpire prima che il pesce abbia iniziato il suo c-start, e i colpi del serpente erano "balistici"(Movie S1) e non compatibili con una correzione in corso. Insomma per dirla breve la velocità di esecuzione nel colpo era così rapida da non poter essere casuale.
 Molto importante a riguardo, e sembra da un certo punto di vista confermare quanto ipotizzato prima, sono stati i casi in cui i pesci non hanno avviato una reazione di fuga e i serpenti hanno mancato il bersaglio [fig. 4A e Movie S4 (Clips 1-3)] o quando i pesci svoltano appena il serpente esegue la finta con il corpo e i serpenti hanno ancora prevenuto il loro attacco al lato opposto ma li hanno mancati con ampio margine, la finta è stata eseguita troppo presto o il pesce ha avuto tempo di svoltare ulteriormente (fig. 4 B e C e film S4 ). Osservando il C-start del pesce [fig.4 B e C (sagoma grigia)] suggerisce l'obiettivo previsto del serpente. Così, l’ obiettivo dei serpenti è la posizione futura più probabile del capo del pesce, a prescindere dai movimenti che saranno effettuati dai pesci.



In conclusione i serpenti tentacolari scome accennato, sono  veri e propri specialisti nella pesca, e gli studi condotti hanno mostrato che sono stati in grado di sfruttare il meccanismo di fuga dei pesci a loro vantaggio. Alla base del processo di fuga C-start vi è un particolare gruppo di neuroni.
I serpenti tentacolari iniziano questa cascata di eventi irreversibili neuromuscolari, facendo una finta con il proprio corpo prima di colpire. Come spiegato prima il meccanismo di fuga del pesce si instaura circa 5-12ms dopo la finta del serpente. Nel frattempo, i serpenti hanno iniziato uno attacco esplosivo e il pesce non era in grado di cambiare rotta. Il vantaggio del serpente dipenderà principalmente dall'orientamento del pesce quando fuggirà. La finta è di fondamentale importanza in quanto sembri necessaria a disorientare i pesce e mentre sta per iniziare la fuga il serpente nel frattempo ha iniziato l'attacco anticipando il movimento fulmineo di fuga. Quando i pesci sono paralleli alla testa del serpente di solito si spostano verso le mascelle. Quando si trova ad angolo retto rispetto alla testa di solito si muovono in una direzione prevedibile, e i serpenti puntano alla posizione futura in cui si verrà a trovare il capo del pesce. I risultati forniscono una spiegazione per la specifica posizone a J adottata quando iniziano gli attacchi  Entrambi sono necessari per generare una "finta" e poi attaccare dal lato opposto il pesce. Colpiscono quando i pesci sono in una posizione, ma quasi sempre incontrano il pesce in un'altra posizione, nel bel mezzo di un C-start. 

Nessun commento:

Posta un commento