Le rane catturano la preda usando la saliva diradante che si diffonde sugli insetti quando la lingua colpisce e poi si ispessisce e si attacca quando la lingua si ritrae-secondo i ricercatori negli Stati Uniti. In combinazione con le proprietà materiali uniche della lingua, questo fluido viscoelastico a due fasi rende la lingua estremamente appiccicosa, consentendo alle rane di catturare e inghiottire prede più pesanti di loro in un batter d’occhio. La ricerca potrebbe portare allo sviluppo di nuovi tipi di adesivi e tecnologie di movimentazione dei materiali, dicono gli scienziati.
Le rane possono catturare insetti volanti a velocità sorprendenti con un semplice tocco delle loro lingue simili a frusta. Ma non sono solo insetti leggeri che possono afferrare. La ricerca ha dimostrato che una lingua rana può tirare fino a 1,4 volte il peso corporeo della rana. E le rane sono state registrate catturando animali più grandi come topi e uccelli.
All’inizio dell’ultimo studio, Alexis Noel, presso il Georgia Institute of Technology di Atlanta, e colleghi, hanno filmato rane leopardo comuni, Rana pipiens e altre specie catturando grilli con una telecamera ad alta velocità a 1400 fotogrammi al secondo. Hanno scoperto che la lingua di una rana leopardo può catturare un insetto in meno di 0,07 secondi-cinque volte più velocemente di quanto gli umani possano lampeggiare.
Trappola per il miele
I calcoli del team mostrano che quando la lingua si ritrae, la forza sull’insetto può raggiungere 12 volte quella della gravità. La lingua è in grado di aderire alla preda sotto tali forze perché è estremamente morbida e viscoelastica e rivestita in una saliva non newtoniana, che assottiglia il taglio, secondo i ricercatori. Il diradamento del taglio è la proprietà di alcuni fluidi per cui una forza di taglio sul fluido riduce la sua viscosità. A bassi tassi di taglio la saliva è molto spessa e più viscosa del miele. Ma quando sottoposto ad alte forze di taglio, per esempio quando la lingua sta accelerando in preda, la saliva si assottiglia, diventando circa 50 volte meno viscoso, i ricercatori hanno trovato.
“Durante l’impatto della preda, la saliva subisce alti tassi di taglio, con il risultato che la saliva diventa sottile e liquida, penetrando nelle fessure degli insetti”, spiega Noel. “Durante la retrazione degli insetti, la saliva sperimenta bassi tassi di taglio, rassodando e mantenendo la presa sull’insetto.”
“La saliva della rana è molto simile alla vernice, un altro fluido che assottiglia il taglio”, afferma Noel. “La vernice è facile da stendere sui muri con un pennello. Una volta rimosso il pennello, la vernice rimane saldamente attaccata al muro. Questo perché la viscosità della vernice cambia con la velocità di taglio applicata.”
Materiale morbido
I ricercatori hanno anche scoperto che la lingua rana è uno dei materiali biologici più morbidi conosciuti. È morbido come il tessuto cerebrale e 10 volte più morbido della lingua umana. L’estrema morbidezza consente alla lingua di deformarsi e avvolgere la preda durante l’impatto, creando un’ampia area di contatto, favorendo la cattura e l’adesione.
La morbidezza e la natura viscoelastica della lingua aiutano anche a mantenere il contatto con l’insetto mentre si ritrae in bocca. Secondo i ricercatori, la lingua è altamente inumidita e mentre l’insetto viene tirato verso la rana agisce come un ammortizzatore, immagazzinando energia nei suoi tessuti molli e riducendo le forze di separazione tra saliva e insetto. Noel usa l’analogia di una corda elastica. “Se la lingua fosse più rigida, sarebbe come un umano che salta da un ponte con una corda rigida avvolta intorno alla caviglia.”
Una volta che l’insetto è all’interno della bocca della rana, la saliva diradante entra per giocare di nuovo. La rana ritrae i suoi bulbi oculari nella cavità orale per spingere l’insetto giù per la gola. Questo movimento produce una forza di taglio parallela alla lingua che è abbastanza alta da trasformare la saliva sottile e acquosa, e l’insetto viene rilasciato e inghiottito. La saliva bifase aiuta in tutte le fasi di cattura della preda: la bassa viscosità aiuta durante l’impatto e il rilascio, mentre l’alta viscosità aiuta nell’adesione della preda.
Adesivi reversibili
I ricercatori ritengono che questi meccanismi potrebbero ispirare la progettazione di adesivi reversibili sintetici per applicazioni ad alta velocità. Noel ha detto a Physics World che poteva immaginare un tale adesivo “usato per un meccanismo di raccolta di oggetti veloce nei droni” o come un modo per afferrare oggetti delicati da un nastro trasportatore in un impianto di produzione.
Pascal Damman dell’Università di Mons in Belgio ha dichiarato a Physics World: “Questo studio conferma ciò che abbiamo mostrato nel nostro lavoro sui camaleonti, la combinazione di deformazione elastica della lingua insieme al muco viscoso garantisce un’efficiente cattura delle prede. Sono comunque sorpreso di vedere che la forza di adesione osservata per le rane è molto più piccola della forza di adesione osservata per i camaleonti.”
Lo studio è descritto in Royal Society Interface.