Come riescono le pulci a saltare così tanto?

Le pulci, piccoli insetti ematofagi, si nutrono di sangue e si rifugiano in ambienti umidi e ombreggiati, sia dentro che fuori gli edifici. Nonostante le loro dimensioni ridotte, con femmine lunghe 4-5 mm e maschi più piccoli, sono dotate di una straordinaria abilità: saltare distanze incredibili, fino a 30 volte la loro lunghezza, e in alcuni casi addirittura 100 volte. Questi salti sono possibili grazie a un "trucco evolutivo" straordinario rappresentato dalla resilina, una proteina che funziona come una sorta di "molla biologica". Essendo prive di ali sfruttano la resilina che permette loro di immagazzinare energia elastica e rilasciarla in un attimo per un'accelerazione fulminea. Negli ultimi decenni, studi scientifici hanno progressivamente chiarito il meccanismo del salto, evidenziando il ruolo della resilina e della struttura delle zampe posteriori che permette di direzionare e orientare al meglio il salto.

Le pulci saltano in tre fasi

Il salto delle pulci è un meccanismo complesso che si basa su un sistema di accumulo e rilascio di energia. Il processo avviene attraverso diversi passaggi chiave: preparazione del salto; rilascio dell'energia e spinta verso il suolo; traiettoria e controllo del salto.

Durante la fase di preparazione del salto, le pulci iniziano a posizionare le zampe posteriori, accovacciandosi in una configurazione che si potrebbe definire come "in carica". Durante questa fase, i muscoli dorsoventrali si contraggono e comprimono il torace. Questa contrazione comprime la struttura interna della pulce che contiene grandi quantità di resilina, una proteina elastica che è in grado di immagazzinare e rilasciare grandi quantità di energia. La resilina, a questo punto, è caricata di energia elastica come una molla tesa. Per impedire che questa energia venga rilasciata immediatamente, le articolazioni delle zampe posteriori sono bloccate.

Una volta accumulata l'energia, la parte terminale delle zampe posteriori dà una spinta verso il suolo. In questo modo il blocco delle articolazioni viene rilasciato, la resilina si espande rapidamente e trasforma l'energia elastica accumulata in movimento. Questo meccanismo consente un'accelerazione estremamente rapida, con valori di circa 100 volte l'accelerazione di gravità terrestre.

Il modo in cui la forza viene trasferita al suolo (praticamente come le zampe spingono sul suolo) determina l'orientamento del salto. Due ipotesi storiche avevano cercato di spiegare questo aspetto: l'ipotesi di Rothschild, secondo cui la spinta sarebbe trasmessa attraverso il trocantere (una parte della zampa posteriore molto simile a un ginocchio a contatto con il suolo), e l'ipotesi di Bennet-Clark, secondo cui la forza viene applicata attraverso la tibia e il tarso.

Gli studi più recenti però, utilizzando la microscopia elettronica e l'analisi cinetica ad alta velocità per indagare il fenomeno, hanno dimostrato che la seconda ipotesi è corretta: la forza di spinta si trasmette attraverso la tibia e il tarso, e non dal trocantere. Questo meccanismo consente un miglior controllo della direzione del salto e permette alle pulci di modulare la traiettoria.

La resilina: la proteina per saltare

La resilina è una proteina elastica che si trova in molti insetti e la sua funzione è quella di immagazzinare e rilasciare energia in modo efficiente. Le proprietà meccaniche di questa proteina sono fuori dal comune, infatti la resilina può essere compressa e rilasciata con un'efficienza energetica superiore al 90%, rendendola uno dei materiali elastici biologici più performanti conosciuti fino ad oggi. Studi condotti con la microscopia a fluorescenza hanno mostrato che la resilina nelle pulci si trova in specifiche regioni del torace.
Questa proteina viene caricata progressivamente e poi rilasciata in una frazione di millisecondo, permettendo alla pulce di accelerare rapidamente senza richiedere una forza muscolare diretta.

Confronto con altri insetti saltatori

Le pulci non sono gli unici insetti a sfruttare un meccanismo di accumulo e rilascio di energia per il salto. Per esempio, le pulci delle nevi (Boreus hyemalis), appartenenti all'ordine Mecoptera, utilizzano un sistema simile. Impiegano, però, non solo le zampe posteriori, ma anche quelle mediane per il salto. Questo suggerisce un possibile legame evolutivo tra questi insetti e le pulci vere e proprie. Altri insetti come le cavallette e i coleotteri pulci utilizzano anch'essi la resilina per il salto, ma con una distribuzione diversa all'interno dei loro corpi.

La comprensione dei meccanismi con qui questi insetti possono compiere i loro mirabolanti salti offre spunti per possibili applicazioni in robotica e ingegneria dei materiali, sfruttando le proprietà viste per sviluppare nuovi sistemi di propulsione elastici ed efficienti.

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