Una leva idrodinamica per il pesce arciere

Pesce arciere - Toxotes jaculatrix - Foto di Università degli Studi MilanoSvelato il mistero dei potenti getti d’acqua lanciati dal pesce arciere per colpire le sue prede. L’animale è capace di amplificare la sua potenza muscolare sfruttando un meccanismo esterno al proprio corpo.

Il pesce arciere vive nelle acque salmastre degli estuari di alcuni fiumi dell’Asia e dell’Australia e cattura gli insetti che popolano la vegetazione che sovrasta le zone acquitrinose colpendoli con un getto d’acqua molto preciso, in modo che questi cadano nell’acqua dove vengono divorati.

L’analisi di riprese ad alta velocità mostra come l’impatto del getto d’acqua con le prede sia molto più potente rispetto alla forza consentita dall’intervento muscolare diretto del pesce. Apparentemente, quindi, una vera e propria sfida alle leggi della fisica.

L’origine dell’efficacia del getto del pesce arciere è un problema dibattuto da quasi 250 anni.
Ricerche precedenti hanno cercato di individuare strutture interne dedicate all’amplificazione della potenza muscolare che permettessero al pesce di sovrastare le intense forze di ancoraggio degli insetti alla vegetazione, ma tali strutture non sono mai state individuate.

Uno studio effettuato all’Università degli Studi di Milano da Alberto Vailati, del Dipartimento di Fisica, in collaborazione con Roberto Cerbino, del Dipartimento di Biotecnologie mediche e Medicina Traslazionale, pubblicato su Plos One, mostra come il meccanismo di amplificazione sia effettivamente presente ma risulti localizzato al di fuori del pesce.

Tale meccanismo di amplificazione non dipende dalla presenza di strutture interne dedicate all’immagazzinamento di energia meccanica. I ricercatori hanno scoperto che il “trucco” sta in un’instabilità idrodinamica del getto d’acqua spruzzato dal pesce, che promuove l’accumulazione progressiva di quantità di moto all’estremità del getto, in modo che la forza e la potenza rilasciate all’impatto siano molto più grandi rispetto a quelle sviluppabili tramite azione muscolare diretta.

Il pesce arciere utilizza le leggi della fluidodinamica per ottenere una sorta di “proiettile liquido” la cui dimensione cresce nel tragitto verso la preda.

Il pesce arciere rappresenta quindi un esempio di animale che fa uso di uno strumento esterno altamente sofisticato – in questo caso una leva idrodinamica – per amplificare la sua potenza muscolare, in modo simile a quanto fa un arciere con il suo arco.

Fonte

Ufficio Stampa Università degli Studi di Milano

Alberto Vailati, Luca Zinnato, Roberto Cerbino “How Archer Fish Achieve a Powerful Impact: Hydrodynamic Instability of a Pulsed Jet in Toxotes jaculatrix” Plos One 2012