Come i polpi coordinano i loro tentacoli. Un altro “miracolo” dell’evoluzione

[17 aprile 2015]

Tre ricercatori dell’università ebraica di Gerusalemme, Guy Levy, Tamar Flash e Binyamin Hochner,  hanno scoperto che i polpi utilizzano strategie uniche per coordinare i loro tentacoli mentre di spostano e che possono “strisciare” in qualsiasi direzione rispetto alla direzione che sembra assumere il resto del corpo. La spinta viene data dal semplice accorciamento e allungamento dei tentacoli che si trasforma in movimento, ma è venuto fuori anche che il coordinamento del nuoto del polpo attraverso i tentacoli sembra non avere nessuno schema ritmico noto.

I polpi molto probabilmente si sono evoluti da animali più simili alle vongole, con un guscio protettivo esterno e che praticamente non si muovevano. Secondo Levy, «Durante l’evoluzione, i polpi hanno perso i loro pesanti gusci protettivi e se da una parte sono diventati più manovrieri, dall’altra sono diventati anche più vulnerabile. Le loro capacità locomotorie si sono evolute per essere molto più veloci  di quelli dei tipici molluschi, probabilmente per compensare la mancanza di protezione»

L’evoluzione da “piede” di  una lumaca ai lunghi e sottili tentacoli ha dato ai polpi una straordinaria flessibilità che, unita all’ottima  vista, ad un grosso cervello molto sviluppato ed alla possibilità di mimetizzarsi, ha fatto dei cefalopodi dei cacciatori di grande successo.  Ma come fanno a controllare un corpo così “complicato”? Lo spiega lo studio “Arm Coordination in Octopus Crawling Involves Unique Motor Control Strategies” pubblicato su Current Biology, nel quale gli scienziati israeliani scrivono che «Per far fronte alla  eccezionale complessità computazionale che è coinvolta nel controllo dei sue braccia iper-ridondante, il polpo ha adottato strategie uniche  di controllo motorio nelle quali  il cervello centrale attiva programmi motori piuttosto autonomi nell’ elaborato sistema nervoso periferico degli arti. Come i polpi coordinano i loro otto lunghi e flessibili tentacoli durante la locomozione è ancora sconosciuto».

Lo studio presenta la prima analisi cinematica dettagliata del coordinamento dei tentacoli del polpo e sottolinea che «I risultati sono sorprendenti sotto diversi aspetti:1) nonostante il suo corpo bilateralmente simmetrico, i polpi possono strisciare in qualsiasi direzione rispetto all’orientamento del corpo;2) il corpo e orientamento del corpo  vengono controllati monotonicamente e indipendentemente 3) In contrasto con la  locomozione animale nota, il nuoto del polpo manca di apparenti modelli ritmici nel coordinamento degli arti, suggerendo un output non ritmico unico del controllo centrale del polpo controllore».

I ricercatori israeliani pensano di aver dimostrato che «Questa rara manovrabilità deriva dalla simmetria radiale dei bracci intorno al corpo e dal semplice meccanismo di spinta-allungamento con cui i tentacoli creano il crawling thrust. Queste due cose insieme consentono un meccanismo in base al quale il controllo centrale sceglie, momento per momento, la maniera per reclutare gli arti per spingere istantaneamente il corpo in una direzione». Quindi i polpi, scelgono,  con una semplicità sorprendente, dove spostarsi solo utilizzando uno degli 8 tentacoli per spingersi.

Hochner dice che «i polpi utilizzano strategie di locomozione uniche che sono diverse da quelle che si trovano negli altri animali. Questo è probabilmente dovuto al loro morbido corpo di molluschi che ha portato all’evoluzione di  una “strana” morfologia, permettendo un  controllo efficiente della locomozione senza uno scheletro rigido».

Per scoprire i segreti del movimento straordinariamente efficiente del  polpo, Levy ed Hochner hanno filmato  i cefalopodi mentre strisciavano e nuotavano ed hanno analizzato la struttura del loro movimento fotogramma per fotogramma, è così che hanno capito che spingono il corpo in una direzione accorciando ed allungando ciascun tentacolo. «Così il polpo deve solo decidere quale braccio utilizzare per la spinta, non ha bisogno di decidere in quale direzione questo braccio spingerà – spiega ancora Levy – Ha trovato una soluzione molto semplice ad un problema potenzialmente complicato:¨deve solo scegliere quale braccio reclutare».

Come polpi controllano e muovono i loro corpi molli interessa molto ai tecnici ed agli scienziati che stanno progettando robot ispirati alla biologia e Levy spiega che «La gente vuole costruire robot soft per scopi medici e per le operazioni di soccorso. Questi soft-bodied ispirati ai tentacoli molli del polpo non si limiterebbero ai  giunti fissi, potrebbero essere utili per accedere a spazi stretti, difficili da raggiungere,  forse per portare aiuto alle persone intrappolate sulla scena di un edificio crollato».

I risultati dello studio avallano il concetto noto come Embodied Organization e i ricercatori evidenziano che «Nella visione tradizionale, le strategie di controllo motorio sono concepite per adattarsi al corpo. Ma, all’interno della Embodied Organization, il controllo e il corpo si evolvono insieme in sincronia nel contesto dell’ambiente con cui tali organismi interagiscono». Levy aggiunge che «Questo concetto, che viene mutuato dalla robotica, sostiene che il comportamento ottimale di un robot autonomo o di un animale si ottiene come risultato dell’ottimizzazione delle reciproche e dinamiche interazioni tra il cervello, il corpo e l’ambiente in continua evoluzione, portando così, nel suo complesso,  all’adattamento ottimale del sistema alla sua nicchia ecologica. Un’altra importante virtù di questo tipo di organizzazione è che ogni livello, comprese le proprietà fisiche e la morfologia, contribuisce al controllo del comportamento emergente. E non solo il cervello, come si tende a pensare»

Ora gli scienziati israeliani si preparano ad  approfondire la conoscenza dei circuiti neurali del polpo, per scoprire come venga esattamente controllato questo coordinamento degli spostamenti e Levy conclude: «Ogni volta che cerchiamo di capire qualcosa di nuovo sul  polpo, ci sono nuove sorprese».