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venerdì 16 novembre 2012

LO SCARABEO, LA PALLA DI CACCA E IL CONDIZIONATORE PORTATILE

Disegno di scarabeo stercorario che si raffredda sulla sua sfera di sterco
Dung beetle cooling down on its dung ball (by sciencemug)
Gli scarabei stercorari della specie Scarabaeus (Kheper) lamarcki vivono in ambienti caldi e secchi e utilizzano come refrigeratori mobili le sfere di sterco fresco che costruiscono e trasportano. Gli insetti muovono le palle di escrementi umidi (dung balls) di cui si cibano facendole rotolare e ci salgono sopra per diminuire la propria temperatura corporea ogni volta che questa raggiunge livelli critici.
La scoperta, fatta da un gruppo internazionale di ricercatori guidato dal biologo svedese Jochen Smolka, è stata descritta in un recente articolo pubblicato sul giornale scientifico CurrentBiology.


Il nuovo post si apre con una piccola esplosione bianca. È tutto molto luminoso e rassicurante.
Entra Mr.Blog, detto sciencemug, o SM. Lo accompagna il Suo primo post, detto PiPs.
 
 
sciencemug- Oh, dunque, PiPs, mi raccomando, concentrati che l'articolo di oggi lo raccontiamo assieme.
PiPs- Tranquillo capo, ne ho letto quasi la metà e ho capito quasi un quarto di quello che ho letto: con me sei in una botte di ferro!
SM- Eh, appunto, in una botte di ferro, chiusa a chiave dall'esterno, con dentro un nido di api africane in crisi d'astinenza da polline e che rolla come un giroscopio ubriaco nella stiva di una nave arrugginita che imbarca più acqua di un'idrovora compulsiva...
PiPs- ...
SM- ...
PiPS- Ma pensa te, i giroscopi bevono e fumano! E io che li facevo così per bene, stabili, sempre equilibrati...
SM- Guarda PiPs, sei fortunato che il cammello di Eratostene è in vacanza a Fiuggi, altrimenti ti avrei già sostituito. PiPS, sveglia! E ricordati che usiamo il presente storico per la narrazione.
PiPs- Ok boss. Perché?
SM- Perché cosa?
PiPs- Perché usiamo il presente storico?
SM- Perché è più agile, meno pesante per il lettore, è più figo, dà più ritmo, fa più film d'azione, è più economico (al mercato della parola 1chilo di indicativo presente costa meno di 2etti di imperfetto e molto molto meno di 50grammi di passato remoto) e soprattutto perché la consecutio temporum è una stratosferica rottura di balle. Ok?
PiPs- Ok boss, grazie per la spiegazione boss, vai boss.
SM- Ok allora, iniziamo.
PiPs- Il biologo svedese Jochen Smolka e altri 5 scienziati vanno in una fattoria nella savana del Sud Africa (24.3°E, 26.4°S) e osservano il comportamento degli scarabei stercorari della specie Scarabaeus (Kheper) lamarcki. I ricercatori studiano gli insetti durante l'estate australe, nei mesi di febbraio del 2011 e del 2012, quando la temperatura al suolo nelle ore più calde arriva a circa 60°C.
SM- Gli scarabei stercorari, i dung beetles, sono in grado di vivere e procacciarsi il cibo anche a queste elevate temperature. I dung beetles, nomen omen, si nutrono di sterco. Alcuni di questi artropodi, come quelli della specie S.lamarki, volano sugli escrementi freschi, ne staccano pezzi con i quali costruiscono in pochi minuti palle del diametro di 3-4cm (le dung ball) che poi fanno rotolare in linea retta lontano dagli escrementi stessi. E pensa, PiPs, che 'sti scarabei non solo fanno rotolare palle di cacca che possono arrivare a essere 79 volte più grandi di loro (1), ma lo fanno muovendosi a testa in giù e all'indietro.
PiPs- Cioè, per capirci, in pratica funziona che la testa di 'ste bestie è molto vicina a terra, le zampe anteriori sono a contatto col suolo e spingono mentre quelle posteriori sono sulla palla caccosa?
Disegno di uno scarabeo stercorario mentre spinge la sua sfera di sterco
Dung beetle rolling its dung ball (by sciencemug)
SM- Esatto.
PiPs- Che vita di m...
SM- PiPs!
PiPs- ...estizia e miseria?
SM- Vabbè, andiamo avanti, va'. Studi precedenti dicono all'allegra banda scientifica di Smolka che esistono dung beetles in grado di mantenere un'elevata temperatura corporea perché questa permette loro di essere più efficienti nel procacciarsi il cibo (2)...
Pips- ...cioè volare velocemente sulla cacca, costruire in fretta grandi palle di cacca e poi portarsele via a testa in giù... ma io mi schianto di antipiretici tutta la vita e muoio di fame piuttosto...
SM scuote sconsolato la testa virtuale e continua- ... inoltre i ricercatori sanno che gli insetti riescono a dissipare il calore in eccesso durante il volo, ad esempio trasferendolo dal torace, dove ci sono le ali, all'addome che poi se ne libera sotto forma di gocce d'acqua (3-4).
PiPs- Ma se san già tutto, 'sti scienziati, perché in estate non se ne vanno in vacanza alle Hawaii, alle Canarie o, che so, all'Idroscalo, anzichè andare a caccia di escrementi e insetti stercorari in Sud Africa, con 60° al suolo?
SM- In Sud Africa ci vanno, PiPs, perché i sei di Smolka non sanno tutto. I ricercatori ignorano, e quindi vogliono scoprire, quale sia il meccanismo con cui i dung beetle riescono a evitare lo stress termico proprio al suolo, mentre cioè fanno rotolare le loro palle di sterco sul terreno rovente.
PiPs- Quindi, in sintesi, il calore corporeo elevato è un vantaggio perché permette a questi animaletti mangia cacca di essere veloci e efficienti e quindi battere la concorrenza nel procurasi il cibo, ma senza un buon sistema di raffreddamento i suddetti animaletti si cuocerebbero da soli mentre stanno trasportando il suddetto cibo.
SM- Proprio così.
PiPs- Ok, quindi?
SM- Quindi gli scienziati dal naso meno sensibile della storia fanno un esperimento per studiare meglio la funzione delle sfere di sterco che gli scarabei scarrozzano in giro.
PiPs- Ma guarda, sta a vedere che salta fuori che le palle marron sono multitasking...
SM- In realtà non 'salta' fuori, se mai 'rotola' fuori ahahaha...
-Segue prolungato e imbarazzato silenzio di entrambi-
SM-... ahem, torniamo all'esperimento di Smolka e compagniucci. I ricercatori preparano 2 arene di sabbia del diametro di 3 metri ciascuna.
PiPs- Aaah sì! Questa parte dell'articolo me la ricordo. Le arene sono definite rispettivamente 'calda-hot' e 'fresca-cool'. La 'calda' è coperta di notte con una tela incatramata e di giorno lasciata al sole sin dal mattino, la 'fresca', invece, è lasciata scoperta di notte e tenuta all'ombra della tela catramata fino all'ora dell'esperimento.
SM- L'ora dell'esperimento è mezzogiorno, la più calda del dì, quando l'arena 'cool' ha una temperatura media al suolo intorno ai 51°C (minima 45°C) e quella 'hot' supera i 57°C (massima 60.3°C) . I ricercatori, allora, mettono una dung ball di sterco di mucca e uno scarabeo al centro prima di un'arena e poi dell'altra. Smolka e soci, infine, usano la tecnica della termografia a infrarossi* (telecamera ad hoc+software ad hoc+altre cose ad hoc di cui non capisco niente) per determinare la temperatura di insetto, arena e dung ball lungo il tragitto lineare di 1.5metri percorso dall'artropode mentre fa rotolare la dung ball fuori dall'arena.
PiPs- Gli scienziati fanno questo esperimento con 52 scarabei stercorari e osservano che gli insetti percorrono il tragitto lineare di 1.5metri senza interrompere la loro marcia quando la temperatura al suolo è inferiore ai 50°C.
SM- A temperature superiori ai 50°C, però, i beetle spesso si fermano, salgono sulla dung ball e portano le zampe anteriori ripetutamente a contatto con le loro parti boccali.
PiPs- E questo non ho capito perché lo fanno...
SM- Mah, si pensa per raffreddare le zampe. È probabile che i beetle rigurgitino del liquido sulle zampe per velocizzare il processo di raffreddamento.
PiPs- Bleah, che schifo vomitarsi addosso...
SM- Bah, sempre meglio delle formiche del deserto che a volte usano persino liquido rilasciato dall'ano per raffreddare la testa (5).
PiPs- Sono contento di essere un post e non un insetto, guarda...
SM- Io un po' meno, che tu sia un post, dico. Comunque, torniamo all'esperimento delle arene 'hot' e 'cool'. Il team di Smolka osserva che i dung beetle salgono sulla loro palla di sterco 7 volte più spesso quando escono dall'arena 'calda' di quando escono da quella 'fresca'.
PiPs- E scommetto che, a questo punto, i beetlefili di Smolka si domandano quale sia il segnale scatenante che spinge gli scarabei a fermarsi e salire sulla loro palla di sterco.
SM- Eeeesatto caro PiPs, e naturalmente si rispondono con un altro esperimento dedicato al loro primo sospettato come segnale scatenante, ovvero il riscaldamento eccessivo delle zampe anteriori degli insetti. I ricercatori, infatti, osservano che tra una salita sulla dung ball e l'altra la temperatura delle zampe frontali degli scarabei sale di 10°C e, una volta sulla palla, scende di 7°C. Soprattutto osservano che solo la temperatura delle zampe anteriori degli artropodi cambia in modo così drammatico, mentre quella del torace varia appena.
PiPs- E quindi i ricercatori che cosa fanno per verificare i loro sospetti sulle zampe dei beetle, mettono le scarpe isolanti agli scarabei stercorari?
SM- Non scarpe, stivali.
PiPs- Ma smettila...
SM- Davvero! I calzolai scientifici di Smolka realizzano dei 'boot' in silicone che applicano alle zampe anteriori di 41 dung beetle.
Poi mettono gli insetti al centro di un'arena 'calda' e misurano il tempo medio che passa tra una salita e l'altra sulla dung ball e il tempo medio di permanenza sulla palla. Poi tolgono gli stivali alle bestioline e ripetono le misurazioni.
PiPs- E che cosa scoprono?
SM- Te lo dico dopo la pubblicità.


                                            COMMERCIAL n1

falsa pubblicità di un fittizio paio di stivali in ferro e silicone
b(u)y sciencemug


COMMERCIAL n2

b(u)y sciencemug


PiPs- La rivista fa schifo ma quegli stivali son davvero qualcosa, peccato non li abbiano a pois verde acido... Comunque, boss, che cosa scoprono Smolka e i suoi dopo aver fatto l'esperimento sugli scarabei con stivali isolanti e senza?
SM- Scoprono che, rispetto agli scarabei 'scalzi', quelli con stivali resistono il doppio del tempo prima di salire sulla loro dung ball e ci stanno in media il doppio.
PiPs- Questo significa?
SM- Significa che gli stivali sono effettivamente degli isolanti che fanno scaldare e raffreddare più lentamente le zampe dei beetle. Ma soprattutto significa, visto che l'isolamento termico delle zampe anteriori è l'unica cosa che cambia rispetto alle prove precedenti, che la temperatura delle zampe anteriori è in effetti ciò che spinge gli scarabei a salire e scendere dalla dung ball.
Inoltre i sei appassionati studiosi del dung beetle sostengono che le salite di raffreddamento sulla palla-cacca sono probabilmente necessarie a proteggere gli organi di senso presenti sulle zampe e sulla testa degli scarabei.
PiPs- La testa?
SM- E beh ma certo, ricordati che gli scarabei stercorari fanno rotolare la dung ball a testa in giù, quindi questa è sempre molto vicina al suolo. Perciò se le zampe anteriori sono calde, figurati la testa.
PiPs- Ah, giusto, giusto. E quindi gli scienziati, se non ricordo male, concludono che la palla di sterco serva ai dung beetle come piattaforma portatile rialzata su cui salire per allontanarsi dal suolo e quindi andare a prendere un po' di fresco, un po' come facciamo noi quando andiamo in montagna d'estate insomma.
SM- Esatto, o come fanno alcuni generi di formiche del deserto africane, quando salgono su steli d'erba o su ciotoli per lo stesso motivo (6-7).
PiPs- Inoltre i groupie scientifici del dung beetle dicono che la dung palla viene usata per assorbire calore, come heat sink insomma.
SM- Giusto. Vedono infatti che le sfere di sterco sono, data la loro natura, umide e, con una temperatura media sotto i 32 gradi, sempre più fresche del suolo e dei beetle stessi. Quindi, si dicono i ricercatori, le dung ball devono assorbire calore sia dagli scarabei che ci salgono sopra, che dal terreno su cui rotolano.
PiPs- Se questo è vero, se cioè le dung ball sono in effetti heat sink, sostengono i pervicaci e ormai odorosi studiosi, allora tanto più calda è la dung ball tanto meno calore è in grado di assorbire e tanto più spesso lo scarabeo della cacca che la sta spostando deve montarci su per raffreddarsi.
SM- E infatti i ricercatori provano proprio questo con il loro terzo esperimento. Avvolgono in carta stagnola delle dung ball per mantenerle umide e ne mettono alcune in freezer per raffreddarle (cold ball, temperatura media tra di 15-20°C) altre al sole per almeno mezzora per riscaldarle (hot ball, temperatura media tra i 40-42°C).
PiPs- Poi gli scienziati fanno sì che 50 insetti stercorari portino via da un'arena 'calda' prima una cold ball e poi una hot ball. Risultato dell'esperimento è che Smolka e soci osservano esattamente quello che si aspettano, ovvero che gli scarabei salgono sopra le hot ball il 73% più spesso di quanto non facciano con le cold ball. Insomma le palle di sterco sono davvero degli heat sink visto che assorbono calore dagli scarabei stercorari che ci salgono sopra più o meno efficacemente a seconda di quanto calde sono.
SM- Non resta che da provare una cosa, allora, ai nostri eroi delle palle di cacca.
PiPs- Che cosa?
SM- Eh, che le dung ball, oltre a essere piattaforme sopraelevate portatili e heat sink, sono anche degli strumenti con cui gli artropodi coprofagi raffreddano il suolo davanti a loro.
PiPs- E come fanno a provarlo, questo non me lo ricordo davvero...
SM- Ah PiPs, mi cedi sul finale mi cedi... Lo svedese e i suoi baldi, e a questo punto esausti, colleghi verificano la temperatura del suolo di un'arena 'calda' prima e dopo il passaggio di sei beetle e delle loro dung ball. Smolka&co osservano così che la temperatura del suolo si abbassa di 1.5°C dopo il passaggio della sfera di sterco.
PiPs- E quindi concludendo noi diciamo che...
SM- ...che gli eroici argonauti di Smolka provano con il loro lavoro che, unici tra gli insetti, gli scarabei stercorari come gli S.lamarki si portano in giro il proprio rifugio termico, cioè la dung ball che fanno rotolare. Questi particolarissimi insetti coprofagi, quindi, non hanno bisogno di cercare rifugio quando si spostano in condizioni di estremo calore e hanno, perciò, più libertà di manovra e la possibilità di attraversare anche territori sconosciuti.
Inoltre il rischio che insetti rivali rubino il cibo dei dung beetle che fanno le palle di sterco è ridotto, visto che questi portano il cibo con loro e non sono costretti ad allontanarsene per cercare riparo.
Per finire, dicono Smolka e colleghi, la dung ball, lo strumento portatile di termoregolazione, permette agli scarabei stercorari di essere attivi in condizioni di stress termico che impediscono alla maggior parte degli altri artropodi concorrenti di operare.
PiPs- Insomma gli animali coprofagi e rotolatori escono a fare la spesa quando in giro non c'è nessuno... E bravi, bravi... Comunque boss ci sono cose che non mi sono chiare.
SM- Tipo?
PiPs- Beh, per cominciare non capisco perché 'sti scarabei mangino la cacca, poi non capisco perché anzichè mangiarsela comodamente dove si trova, la cacca, se la scarrozzino in giro, a testa in giù poi, e soprattutto non capisco come riescano a muoversi in linea retta quando io faccio fatica a camminare dritto anche prima della terza pinta di rum e cognac.
SM- Guarda PiPs, questo te lo spiegherà l'ospite che intervisterai appena finiamo qui...
PiPs- E questo ospite chi è, uno dei 5 della banda dello svedese scientifico?
SM- No, però ha partecipato attivamente alla ricerca...
PiPs- Ok, spero davvero si sia fatto una doccia nel frattempo. Comunque boss ho un'altra domanda che mi scappa di fare proprio, sì sì...
SM-... e sarebbe PiPs?
PiPs- MAMMISPIEGAANNOICHECCEFREGA DEGLI SCARABEI STERCORARI CHE FANNO LE PALLE DI CACCA UMIDA E POI SE LE PORTANO IN GIRO E LE SEPPELLISCONO A 1-10 O PIU' METRI DA DOVE LE HANNO FATTE (2) E POI SE LE MANGIANO?  
CHECCCCCCCCEFREGAAAAAAAAAAAAAHHH?
SM sospira, conta fino a quindicimilionietrentotto e poi, dissimulando con nonchalance un tic alla spalla sinistra, risponde pacato- Ce ne frega, PIPs, perché gli scarabei stercorari sono di grande importanza ecologica ed economica (8).
Sono essenziali per la rimozione dello sterco, che altrimenti rimane al suolo per 4 anni prima di essere degradato, impedendo la crescita di vegetazione per almeno 2anni (8). Considera che una sola mucca produce 10-20 pile di sterco al giorno, considera che ogni pila copre una superficie grande in media 0.82mq e infine considera quante mucche ci sono in giro al pascolo. E poi fatti due conti (8).
I dung beetle sono poi un'importante fonte di biodiversità, sono coinvolti nell'impollinazione, nella diffusione dei semi di alcune piante e nel controllo dell'emissione dei gas serra. Se, inoltre, lo sterco non viene rimosso dagli scarabei stercorari l'80% dell'azoto da esso liberato va perso nell'atmosfera. Inoltre il fatto che i dung beetle seppelliscano lo sterco... (8)
- A questo punto PiPs si addormenta di botto e istantaneamente entra in fase REM sognando una gigantesca torta al cioccolato che però stranamente non lo attira neanche un po' poi la torta si trasforma in un minuscolo circo in cui le tigri cavalcano elefanti rosa e parlano in americano con accento del Nebraska e allora PiPs è improvvisamente dentro il suo stesso sogno e sente che qualcuno lo chiama fuori del tendone del minuscolo circo con gli elefanti rosa e le tigri redneck e vede che è il dio Ra che gli parla e gli chiede educato ma autoritario di seguirLo che gli deve dire una cosa a proposito di un cammello e di un paio di stivali che vuole comprarSi e allora PiPs si alza e se ne va seguendo docile e veloce il dio Ra/scarabeo/circo/torta/sogno senza che sciencemug se ne accorga-
-...contribuisce ad areare il suolo e questo è bene perché facilita l'assorbimento di acqua e nutrienti da parte del terreno e diminuisce l'effetto dilavazione della pioggia che porta un sacco di schifezze presenti in superficie a finire in acqua e a contaminare le riserve idriche. (8)
E per finire, caro PiPs, gli scarabei stercorari, facendo sparire lo sterco, abbattono anche le infestazioni di insetti e parassiti e grazie a questo gli Stati Uniti hanno risparmiato quasi 400milioni di dollari nel 2002. E se consideri che nei soli States ogni anno vengono spesi 800milioni di dollari per il controllo di parassiti e insetti infestanti gli allevamenti, capisci, PiPs, quanto economicamente rilevante sia l'azione degli scarabei stercorari (8)...
Capito PiPs... PiPs? PiiiiiiiPs!


E così si chiude il post, con grazia e un tocco di gentilezza.
Stay tuned per l'intervista... 


*I sei scienziati usano questa tecnica in tutti gli esperimenti che fanno sui dung beetle e sulle dung ball e che descrivono nell'articolo qui raccontato.


FACT SHEET (a cura di Gian Gianni Gné)
  •  Scarabeo Stercorario aka Dung Beetle
Phylum: Arthropoda
Classe: Insecta
Ordine: Coleoptera
Famiglia: Scarabaeidae
Sottofamiglia: Scarabaeinae (9) 
  • Gli scarabei stercorari sono diffusi in tutti i continenti, tranne in Antartide. Esistono approssimativamente 7000 specie di scarabei stercorari, di cui 2000 solo in Africa. (8)
  • Solo il 10% delle specie di scarabei stercorari costruisce le sfere di sterco e le trasporta. (1)


La saga dello scarabeo caccofilo continua qui.

The dung beetle saga continues here.


ARTICOLO RACCONTATO NEL POST
Smolka, J., Baird, E., Byrne, M. J., El Jundi, B., Warrant, E. J., and Dacke, M. (2012). Dung beetles use their dung ball as a mobile thermalrefuge. Curr Biol 22, R863-864.


BIBLIOGRAFIA
1- Byrne, M., Dacke, M., Nordstrom, P., Scholtz, C., and Warrant, E. (2003). Visual cues used by ball-rolling dung beetles fororientation. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol 189, 411-418.
2- Bartholomew, G. A. a. B., H. (1978). Endothermy in African DungBeetles During Flight, Ball Making, and Ball Rolling. The Journal of Experimental Biology 73, 65-73.
3- Verdù, J. R., Díaz, A. & Galante, E. (2004). Thermoregulatorystrategies in two closely related sympatric Scarabaeus species(Coleoptera: Scarabaeinae). Physiological Entomology 29, 32-38.
5- McMeeking, R. M., Arzt, E., and Wehner, R. (2012). Cataglyphis desertants improve their mobility by raising the gaster. J Theor Biol 297, 17-25.
6- Wehner, R., Marsh, A.C. & Wehner, S. (1992). Desert ants on athermal tightrope. Nature 357, 586-587.
8- Whipple, S. D. (2011). Dung beetle ecology: Habitat and foodpreference, hypoxia tolerance, and genetic variation. PhD Thesis (University of Nebraska - Lincoln DigitalCommons@University of Nebraska - Lincoln).
9- Larsen, T. H., Lopera, A., Forsyth, A., and Genier, F. (2009). Fromcoprophagy to predation: a dung beetle that kills millipedes. Biol Lett 5, 152-155.