Perché gli insetti non possono vivere sott’acqua?

Quello degli artropodi è il phylum più numeroso e vario in assoluto del Pianeta, nonché il più versatile perché si può davvero dire che le oltre 1 milione di specie finora conosciute si sono adattate agli habitat e alle condizioni climatiche più disparate. Eppure, a parte un paio di eccezioni, è piuttosto marcata la distinzione tra artropodi terrestri, cioè gli insetti, e artropodi acquatici, i crostacei. I primi si sono adattati ed evoluti in ambiente terrestre grazie a un esoscheletro duro ma leggero con il quale, tuttavia, non sopravvivrebbero in acqua – al massimo sono in grado di camminarci sopra.

I secondi, invece, presentano sempre un esoscheletro o una conchiglia che per forma, densità e peso garantisce di vivere e muoversi sui fondali o nuotare ma impedisce loro di volare e vivere a lungo fuori dall'acqua. Ma perché? Come possiamo spiegare questa differenza di adattamento?

L'enzima che segna la differenza tra vita sopra e sotto l'acqua

Un gruppo di ricerca nippo-statunitense ha recentemente ipotizzato che vi sia un enzima alla base di questa scissione: la molecola multi-rame ossidasi-2 (MCO2). L'enzima infatti catalizza una reazione di ossidazione della chitina presente nell’esoscheletro degli insetti, conferendo agli strati più esterni di questo le giuste rigidità, flessibilità, resistenza meccanica e leggerezza. Tutto ciò costituisce un vantaggio in ambiente aereo e terrestre perché la struttura che ne deriva possiede caratteristiche di aerodinamicità e interazione con l'ossigeno abbondante nell'aria.

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Tuttavia, la una struttura esterna di questo tipo metterebbe gli insetti in una posizione di svantaggio in ambiente marino, dove invece un carapace, una conchiglia o comunque un esoscheletro calcareo sono decisamente più utili vista anche l'abbondanza di questo elemento in acqua marina. Tutto dipende dall'abbondanza di sostanze chimiche in ciascun ambiente e dal peso degli esoscheletri degli insetti. O meglio, dalla loro leggerezza.

Come è fatto l'esoscheletro di insetti e crostacei?

Sia gli insetti che i crostacei posseggono esoscheletri composti da una base di cere e chitina, ai quali si aggiungono sali minerali. Questo strato forma una specie di corazza, o se preferite uno scudo che mette al riparo l’animale da urti meccanici e dai patogeni, oltre a mantenere forma e mobilità del corpo sottostante che, durante il periodo della muta quando abbandona questa impalcatura per sostituirla con una nuova in formazione, risulta particolarmente vulnerabile.

Tuttavia, mentre i crostacei usano ioni di calcio dall'acqua marina per indurire il loro esoscheletro e trasformarlo talvolta in conchiglia, gli insetti usano l’ossigeno molecolare presente in abbondanza nell’aria e, attraverso la mediazione dell’enzima MCO2, costruiscono un’impalcatura resistente a urti e agenti atmosferici.

Cosa rende l'esoscheletro degli insetti adatto alla vita fuori dall'acqua?

La somiglianza nella struttura base degli esoscheletri tra insetti e crostacei testimonia la presenza di un antenato comune chiamato Pancrustacea. Partiamo da questo punto per capire come e perché si sono venute a creare le differenze che hanno portato a stili e ambienti di vita totalmente diversi. Secondo lo studio, le strade si sarebbero divise centinaia di milioni di anni fa con l'emersione dalle acque marine e la colonizzazione della terra ferma degli artropodi, che all'epoca sembra possedessero le caratteristiche ora tipiche dei crostacei.

Nel processo di adattamento alla vita in atmosfera terrestre, i "proto-insetti" che fino a poco prima accumulavano fosfato di calcio e carbonato di calcio negli strati più esterni del loro corpo, si sarebbero verosimilmente ritrovati a far fronte a una carenza di questo elemento. Con l'acquisizione della MCO2, hanno cominciato a utilizzare l'ossigeno molecolare per ossidare le catecolamine – un gruppo di ormoni prodotti dall'organismo stesso – e trasformarle in chinoni, derivati altamente reattivi dei composti aromatici che, incrociando proteine e chitina dell'esoscheletro li polimerizza formando un nuovo composto più resistente.

Il vantaggio fornito agli insetti dal tipo di biomateriale che si crea per mezzo della multi-rame ossidasi-2, lo ricordiamo, sono: durezza, resistenza, flessibilità ma soprattutto la sua leggerezza. Al contrario, i gusci dei crostacei sono molto più densi a causa del livello di calcificazione, e questo segna il bivio tra il vivere sott’acqua e il vivere (al massimo) al pelo dell’acqua o in aria. Con un guscio – o addirittura una conchiglia – così pesante e denso sarebbe impensabile arrampicarsi sulle piante, volare o planare! Ecco quindi perché gli insetti sono incapaci di vivere in acqua, tuttavia è grazie al loro esoscheletro se hanno potuto occupare una moltitudine di nicchie ecologiche terrestri.