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Insetti e il segreto muscolare del loro volo


Per il battito d’ali ad alta frequenza, gli insetti utilizzano un raffinato meccanismo d’incremento della forza, frutto di un adattamento della dinamica di actina e miosina, le proteine responsabili della contrazione muscolare anche nei vertebrati: è quanto è risultato da un’analisi di immagini in raggi X a 5000 fotogrammi al secondo.

I muscoli utilizzati dagli insetti per il volo sono specializzati per battiti d’ali estremamente brevi, che corrispondono a movimenti ad altissima velocità. Una nuova ricerca, usando riprese con videocamere ultraveloci, ha dimostrato che i bombi, e probabilmente anche altri insetti, condividono il meccanismo di contrazione muscolare di base con i vertebrati. Il risultato è riportato in un articolo pubblicato online su “Science” a firma di Hiroyuki Iwamoto e Naoto Yagi del Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI).

Come nel caso dei muscoli scheletrici e cardiaci dei vertebrati, i muscoli per il volo degli insetti sono di tipo striato, costituito da unità funzionali filamentose denominate miofibrille. Queste a loro volta sono dotate di una struttura metamerica, frutto della connessione in serie di elementi più piccoli chiamati sarcomeri. A livello molecolare, la miofibrilla è costituita dalle cosiddette meccanoproteine, l’actina e la miosina.

A differenza dei muscoli scheletrici dei vertebrati, tuttavia, l’oscillazione dei muscoli del volo non è accompagnata dal rilascio e assorbimento di ioni calcio Ca2+ nelle cellulee: l’attività oscillatoria dei muscoli avviene in condizioni di basse concentrazioni di Ca2+, che rimangono costanti mentre i muscoli si contraggono e si rilasciano.

Nei muscoli degli insetti altamente specializzati per rapide oscillazioni di piccola ampiezza, l’attivazione delle proteine responsabili della contrazione avviene grazie a un meccanismo diverso, denominato attivazione per allungamento (stretch ctivation, SA): in sostanza, ciascun muscolo del volo viene attivato per l’allungamento dovuto alla contrazione del suo antagonista.

Nonostante decenni di ricerche, il meccanismo molecolare alla base della SA era ancora sconosciuto. In quest’ultimo studio, Iwamoto e Yagi hanno utilizzato riprese di diffrazione in raggi X con una frequenza di 5000 fotogrammi al secondo, per riprendere simultaneamente due muscoli antagonisti del volo durante il battito d’ali nel bombo. I segnali evidenziati dalle immagini vengono interpretati come una deformazione della miosina indotta direttamente dall’allungamento.

Sorprendentemente quindi il battito d’ali estremamente rapido del bombo, e presumibilmente anche di altri insetti, è da ricondurre a una dinamica di actina e miosina. Sulla base di questi risultati, Iwamoto e Yagi ipotizzano che la deformazione della miosina si sia evoluta per adattarsi al battito estremamente rapido delle ali: gli insetti utilizzerebbero dunque un raffinato meccanismo d’incremento della forza per il battito d’ali ad alta frequenza, invece che un meccanismo evolutosi in modo indipendente.

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