Il curioso caso della magnetizzazione degli scarafaggi

Gli uccelli sono l'esempio più noto di creature in grado di percepire i campi magnetici e di usarli per l'orientamento e la navigazione. Meno note sono le capacità di rilevamento dei magneti degli scarafaggi americani, che si magnetizzano rapidamente quando vengono posti in un campo magnetico.

Il modo in cui queste creature usano questa capacità è oggetto di molte speculazioni. Ma c'è un accordo generale sul fatto che una migliore comprensione del rilevamento biomagnetico potrebbe aiutare gli ingegneri a progettare sensori migliori per altre applicazioni, come la navigazione con microrobot.

Ma prima che ciò possa accadere, gli ingegneri avranno bisogno di una migliore comprensione di come gli scarafaggi percepiscono i campi magnetici e di come si magnetizzano essi stessi.

Entra in Ling-Jun Kong alla Nanyang Technological University di Singapore e alcuni amici che hanno misurato il modo in cui gli scarafaggi americani vengono magnetizzati. Nel processo, hanno fatto una scoperta straordinaria: si scopre che le proprietà magnetiche degli scarafaggi viventi sono sorprendentemente diverse da quelle degli scarafaggi morti. E pensano di sapere perché.

Gli esperimenti sono semplici. Kong e compagni hanno posizionato una serie di scarafaggi vivi e morti in un campo magnetico di 1,5 kiloGauss; è circa 100 volte più forte di un magnete da frigo. Il team ha lasciato le creature sul campo per 20 minuti e poi ha misurato quanto fortemente si erano magnetizzate e quanto tempo ci voleva perché questa magnetizzazione decadesse.

I risultati costituiscono una lettura interessante. Il team ha potuto facilmente misurare il campo magnetico associato a tutti gli scarafaggi, vivi o morti, non appena sono usciti dal campo esterno. Il campo associato agli scarafaggi viventi è poi decaduto in circa 50 minuti. Al contrario, ci sono volute quasi 50 ore prima che il campo si decomponesse in scarafaggi morti.

Ciò solleva una domanda ovvia: perché la differenza? Kong e co hanno creato un modello matematico di magnetizzazione per trovare la risposta. Presumono che la magnetizzazione sia il risultato di particelle magnetiche all'interno degli scarafaggi che si allineano con il campo magnetico esterno. Quando viene rimossa dal campo esterno, la magnetizzazione decade perché il movimento browniano fa sì che le particelle magnetiche vengano nuovamente allineate casualmente.

Ma studiano anche come il tempo impiegato varia in base alla viscosità del mezzo in cui sono intrappolate le particelle. Mostrano che il tempo di decadimento aumenta all'aumentare della viscosità di questo mezzo e diventa più vetroso.

Questo suggerisce una risposta all'enigma. Gli scarafaggi si magnetizzano perché contengono particelle magnetiche che si allineano con un campo magnetico esterno. Queste particelle sono intrappolate in un mezzo liquido che ha una bassa viscosità negli scarafaggi viventi. Ma non appena le creature muoiono, il mezzo inizia a indurirsi e la sua viscosità aumenta. Questo è ciò che fa aumentare il tempo di decadimento.

Questo è un lavoro interessante che aiuta a rispondere ad alcune importanti domande sul modo in cui gli scarafaggi interagiscono con i campi magnetici esterni. Ma lascia molti misteri.

La prima è la domanda sulla natura delle particelle magnetiche: cosa sono? I biologi hanno trovato minuscole particelle del minerale magnetico greigite (un tipo di solfuro di ferro) in formiche, api e termiti.

Quindi può darsi che gli scarafaggi contengano anche particelle di greigite. In effetti, i risultati di Kong e co sono compatibili con la presenza di particelle di greigite con un raggio di 50 nanometri circa, ma i risultati escludono la presenza di minerali magnetici correlati come la magnetite.

Un'altra domanda è da dove potrebbero provenire tali particelle. Sono contaminanti prelevati dagli scarafaggi dal loro ambiente o sono biogeni, formati da un processo biologico all'interno degli stessi scarafaggi? Kong e co non sono in grado di rispondere a questo.

Tuttavia, possono gettare luce su come gli scarafaggi potrebbero utilizzare questo tipo di magnetizzazione. Dicono che il tempo di decadimento di 50 minuti negli scarafaggi viventi sia troppo lento per essere di qualsiasi utilità biologica. I nostri dati e il nostro modello mostrano che queste particelle magnetiche non possono essere responsabili del rilevamento magnetico, dicono.

Quindi, se gli scarafaggi sfruttano il rilevamento magnetico, devono utilizzare qualche altro meccanismo. Il principale contendente qui è il meccanismo della coppia radicale in cui un campo magnetico influenza l'esito di una reazione chimica.

Molti biofisici considerano questo l'unico meccanismo che può influenzare realisticamente le creature viventi su una scala temporale che può essere biologicamente utile. Forse anche gli scarafaggi usano questo. Il nostro esperimento fornisce supporto per altre forme di ricezione magnetica, ad es. il meccanismo della coppia radicale, affermano Kong e co.

Questo è un lavoro interessante che sarà un trampolino di lancio per comprendere meglio il biorilevamento dei campi magnetici e per sfruttare questa capacità nelle future generazioni di sensori.

Rif: arxiv.org/abs/1702.00538 : Caratterizzazione biomagnetica in vivo dello scarafaggio americano

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