Guerra ultrasonica

 

Piero Sagnibene

 

Sullo stemma del 360° Squadrione Antiradar della Royal Air Force Britannica è rappresentata una farfalletta, la falena Melese laodamia DRUCE 1884 (Erebidae). Il 360° Squadrone si occupa del “Eletronic Attack” (EA)  della cosiddetta “guerra elettronica” (Electronic Warfare, EW), cioè di attività militari rivolte ad Impedire all’avversario l’utilizzo dello spettro elettromagnetico tramite azioni di disturbo ettromagnetico (jamming). Lo stemma, infatti, porta in calce la parola “confundemus”. Questa strategia si pensa sia stata “inventata”, per così dire, verso la fine del Cretaceo, da un gruppo di falene, le Erebidae, a cui appartiene anche la M. laodamia, nel corso di una guerra silenziosa e notturna che dura almeno da 53 milioni di anni.

Le falene sono farfalle notturne e sono le prede preferite dai pipistrelli; questi cacciano servendosi di ultrasuoni per eco-localizzare le prede, e le falene Erebidi sono in grado di ascoltare le chiamate di attacco del pipistrello e di emettere, a loro volta, ultrasuoni che confondono lo scandaglio dei pipistrelli e, quindi, di sottrarsi alla cattura. Prede e predatori, evolutivamente parlando, elaborano strategie, organi e comportamenti sempre più sofisticati per riuscire a prevalere nella competizione biologica, Le due specie interagiscono, esercitando l’una sull’altra una pressione selettiva. Non si tratta di coevoluzione, in quanto le due specie sono antagoniste, ma di una evoluzione reciprocamente determinata, tra falene e pipistrelli, che somiglia ad una “corsa agli armamenti”.

 

Per cacciare nel buio i pipistrelli utilizzano la eco-localizzazione, cioè emettono uno scandaglio di fasci di ultrasuoni ad altissima frequenza, con i quali riescono ad orientarsi e a localizzare le prede, ed anche ad afferrarle al volo. Si consideri, ad esempio, che il pipistrello a “orecchie di topo” (Rhinopoma hardwickii GRAY1831) emette fino a 300 segnali al secondo e riesce ad eco-localizzare persino i minuscoli moscerini. I pipistrelli producono ultrasuoni per mezzo della laringe e l’intervallo di frequenza dei suoni emessi va da 14.000 fino a ben più di 100.000 Hz (la capacità dell’orecchio umano va da 20 a 20.000 Hz). La precisione del biosonar consente ai pipistrelli una percentuale di successo predatorio che supera di molto il 50%; si calcola che un pipistrello sia in grado di mangiare 500 insetti all’ora e inoltre il loro acutissimo udito permette loro anche di udire i rumori emessi dalle potenziali prede. A seconda della qualità degli echi, i pipistrelli riescono non solo a localizzare gli ostacoli, ma anche a capirne in parte la natura, tanto è vero che danno la caccia e mangiano “ostacoli” come gli insetti, mentre ne evitano altri, come ad esempio fili dell'elettricità, muri, alberi o altri pipistrelli in volo. Le onde ultrasoniche emesse dai pipistrelli si propagano in maniera molto simile alle onde elettromagnetiche dei radar planetari e le sofisticate tecniche sonar, sviluppate dai pipistrelli, e raffinate in milioni di anni di evoluzione, sono studiate in quanto rappresentano una campo di ricerche importante per le tecnologie sonar e radar, con risvolti in numerosi campi (militare, biomedico, controllo del traffico aereo, esplorazione planetaria, lotta biotecnica, ecc.).

Da parte loro, le falene hanno evoluto la capacità di percepire gli ultrasuoni ed eludere gli attacchi mediante vie di fuga acrobatiche, ad esempio con movimenti circolari o a spirale o con strategie di inganno e di confusione. Non sarebbe affatto facile per le falene sfuggire ai pipistrelli. Se esse non fossero in grado di percepire gli ultrasuoni ed attivare difese, questa guerra si sarebbe già risolta con la scomparsa delle falene negli ecosistemi nei quali esse sono simpatriche coi pipistrelli.

In molte falene, nella bocca, vi è un piccolo organo simile ad un pelo labiale che riesce a rilevare gli ultrasuoni dei pipistrelli e sul capo possono essere presenti organi sensori che hanno forma di rilievi setolosi (chetosemata o organi di Jordan).

Nei Lepidotteri Noctuidi, ad esempio, il metatorace è dotato di due organi uditivi timpanici, sensibili agli ultrasuoni (due sensilli cordotonali poggianti su una membrana addossata ad un sacco tracheale). Gli organi timpanici (o timpanali) sono in coppia, situati ai due lati del torace. Consistono in una sottile membrana timpanica che ricopre degli spazi vuoti, ottenuti dalla dilatazione di trachee, e che funzionano come casse di risonanza. La membrana è associata ad un organo cordotonale (cellule striate a forma di corda tesa) e ad un fascio di scolopìdi (elementi neuro-epiteliali) in contatto con la membrana e capaci di trasmettere la sensazione ai nervi che la portano fino al deutocerebro, il quale, a sua volta, elabora lo stimolo e lo trasmette ai neuroni motori responsabili della risposta comportamentale.

I neuroni che sono in contatto con la membrana timpanica funzionano da recettori acustici; sono distinti come A1 ed A2. All’arrivo del segnale ultrasonoro, la membrana timpanica vibra, stimolando meccanicamente i due recettori. Il recettore A1, sensibile a ultrasuoni di bassa e moderata intensità, può percepire la presenza del predatore anche a 30 metri di distanza. Inoltre, esso si attiva con maggior frequenza via via che l’intensità del suono aumenta, ossia via via che il pipistrello si avvicina. In questo modo la falena é in grado di percepire la distanza dal pipistrello con una certa precisione e può localizzare il predatore nello spazio. Se il segnale ultrasonoro proviene da sinistra, allora il recettore A1 che è in connessione col timpano sinistro, verrà stimolato qualche istante prima e più intensamente del recettore A2 di destra. Grazie a questo insieme di informazioni, le farfalle possono cambiare bruscamente direzione o lasciarsi cadere al suolo, come estrema possibilità di salvezza quando il pipistrello è troppo vicino.

 

Una seconda strategia di difesa passiva è quella attuata dai Lepidotteri Saturnidi, i quali sono i più efficaci nel confondere ed ingannare il sonar biologico dei pipistrelli, pur essendo privi di organi timpanici. Hanno evoluto ben quattro tipologie per la forma delle ali posteriori, con “code” lunghe ed elaborate, le quali deflettono gli ultrasuoni e mandano i pipistrelli fuori bersaglio. Il predatore, infatti si dirige verso le “code” delle ali, che sono sacrificabili, e non verso le parti vitali del saturnide. I pipistrelli mangiano solo il corpo delle falene, non le loro ali, e le lunghe “code” creano l’illusione di bersagli diversi, confondendoli di modo che puntano erroneamente proprio alle ali. Il volo delle farfalle dipende per la maggior parte dalle ali anteriori ed anche se perdono una parte di quelle posteriori, riescono ugualmente a sfuggire all’attacco.

 

 

 

 

Le “code” delle ali della Actias luna, che partono dalle ali posteriori, possono essere lunghe il doppio del corpo. Nel volo producono un secondo battito che disorienta il pipistrello, il quale lo confonde per quello di un’altra preda che cercherà di addentare. In tal modo i pipistrelli attaccano su parti del corpo non essenziali e la falena può sfuggire senza subire lesioni mortali. Vive una sola settimana, per riprodursi, e non si nutre poiché manca di apparato boccale.

 

Nelle falene Saturnidi si è prodotta una ulteriore specializzazione. Alcune, che sono prive delle “code” alle ali posteriori, hanno le punte delle ali stesse irregolari e ripiegate su se stesse, in modo tale da riflettere gli ultrasuoni con forza e in tutte le direzioni.

Una terza strategia, ancor più sofisticata, riguarda falene le cui ali sono ricoperte da uno strato di materiale fono-assorbente che è in grado di bloccare fino all’85% degli ultrasuoni emessi dai pipistrelli e rendere la loro impronta acustica quasi invisibile. Lo spessore della struttura fono-assorbente e di circa 1,5 mm e dovrebbe essere troppo pesante impedendo alle falene di volare. Invece queste farfalle volano senza problemi perché la struttura è composta di moltissime piccole scaglie, spesse appena qualche micrometro, più sottili della lunghezza d'onda del suono che devono fermare. Ogni scaglia è addirittura, "sintonizzata" su una specifica frequenza, per cui un'intera armatura è in grado di assorbire suoni che coprono fino a tre ottave diverse; il tutto senza appesantire troppo la falena.

 

L’armatura è fatta di tante parti diverse - ciascuna con le proprie caratteristiche – e ciò la rende un metamateriale, cioè un materiale dotato di proprietà che non esistono in natura. Quello delle ali delle falene è dunque il primo esempio conosciuto di metamateriale non di origine umana, e potrebbe servire come modello per sviluppare, per esempio, pannelli fonoassorbenti ultrasottili per le nostre case.

Alcune famiglie di falene si spinsero oltre e svilupparono una strategia più raffinata producendo esse stesse ultrasuoni “di contrasto” a quelli emessi dai pipistrelli. La capacità delle falene di produrre ultrasuoni si pensa sia sorta subito dopo l’origine delle cosiddette “falene tigre”, appartenenti alla famiglia delle Erebidae.

 

 

 

 

 

I maschi delle specie Cechenena lineosa, Theretra boisduvalii e Theretra nessus (Sphingidae, della Malesia) rispondono ai sonar dei pipistrelli producendo a loro volta ultrasuoni, mediante lo sfregamento di alcune scaglie modificate che si trovano sul loro apparato genitale. Queste scaglie sono normalmente utilizzate per limitare i movimenti delle femmine durante l’accoppiamento. Ma anche le femmine sono in grado di produrre ultrasuoni, sempre mediate l’apparato genitale, anche se non è ancora chiaro il meccanismo che consente alle falene di depistare i pipistrelli: interferendo con il loro biosonar.

La Bertholdia trigona GROTE 1879 è in grado di mandare in avaria il sistema di eco-localizzazione del pipistrello grande marrone Eptesicus fuscus, suo principale predatore. Lo fa utilizzando le stesse armi dell'avversario: una serie di ultrasuoni che confondono il chirottero che non è più in grado di localizzare l'esatta posizione della falena.

 

La Bertholdia trigona produce una serie di suoni simili a tanti "clic" ravvicinati quando i pipistrelli la stanno per attaccare. Quando i pipistrelli si avvicinano, produce fino a 4500 clic ultrasonici al secondo, realizzando intorno a sé una sorta di copertura sonora che la rende invisibile alle ricerche del nemico. Via via che si avvicinano, i predatori intensificano la frequenza dei loro richiami ultrasonici per farsi un'idea piùdettagliata della posizione del predatore e dalla intensità dei richiami di questo sono in grado di valutare il pericolo, e quando ascolta i richiami di un pipistrello vicino, produce a sua volta gli ultrasuoni di difesa, e. non quando la minaccia è lontana ancora alcuni metri.

 

 

La Bertholdia trigona produce una serie di suoni simili a tanti "clic" ravvicinati quando i pipistrelli la stanno per attaccare. Quando i pipistrelli si avvicinano, produce fino a 4500 clic ultrasonici al secondo, realizzando intorno a sé una sorta di copertura sonora che la rende invisibile alle ricerche del nemico. Via via che si avvicinano, i predatori intensificano la frequenza dei loro richiami ultrasonici per farsi un'idea più dettagliata della posizione del predatore e dalla intensità dei richiami di questo sono in grado di valutare il pericolo, e quando ascolta i richiami di un pipistrello vicino, produce a sua volta gli ultrasuoni di difesa, e. non quando la minaccia è lontana ancora alcuni metri.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Yponomeuta evonymella e di Yponomeuta cagnagella, sono ritenute del tutto “sorde”, sfuggono all’assalto dei pipistrelli producendo ultrasuoni, durante il volo, grazie alla presenza, nelle ali posteriori, di una piccola area traslucida, priva di squame, dotata di creste che, con il movimento delle ali, producono dei ultrasuoni dai quali i pipistrelli avvertono la presenza di prede non commestibili, sgradevoli o potenzialmente tossiche. Le larve delle due falene si nutrono delle foglie di Evonimo e gli adulti non sono commestibili per la presenza di butenolidi, e di Isosiphondin i cui derivati, se ingeriti, hanno attività citotossica. L’apertura alare degli adulti, di entrambi i sessi è di circa 26 mm.

 

 

Farfalle e falene appartengono all’ Ordine dei Lepidotteri. Le falene ne rappresentano il 95%, con 170 000 specie finora descritte, ma gli entomologi pensano debbano essere molte di più. La loro antichità risale almeno al Medio Cretaceo, circa 97 milioni di anni fa, dato che, nello spessore delle foglie fossili di quel periodo, si trovano tracce di falene fillominatrici Nepticulidae. Le falene hanno dimensioni che vanno dalle piccole Nepticulidae, come Enteucha acetosae, con apertura alare di circa 10 millimetri, al grande saturnide Attacus atlas, del Sud-Est asiatico, con una’apertura alare di ben 30 centimetri.

 

Nelle ali posteriori, di una piccola area traslucida, priva di squame, dotata di creste che, con il movimento delle ali, producono dei ultrasuoni dai quali i pipistrelli avvertono la presenza di prede non commestibili, sgradevoli o potenzialmente tossiche. Le larve delle due falene si nutrono delle foglie di Evonimo e gli adulti non sono commestibili per la presenza di butenolidi, e di Isosiphondin i cui derivati, se ingeriti, hanno attività citotossica. L’apertura alare degli adulti, di entrambi i sessi è di circa 26 mm.

 

Sono animali notturni, pur essendo attratti da fonti luminose artificiali (fototassi); alcune danno un importante contributo alla impollinazione, diffondendo il polline durante i loro spostamenti da fiore in fiore; altre risultano gravemente dannose per le colture, per gli alberi, per le derrate e riescono a sfruttare anche l’uomo in quanto si nutrono della cheratina e della cellulosa contenuta nei tessuti degli abiti.

Vi sono alcune specie fillo-minatrici, che scavano gallerie nello spessore delle foglie, specie defoglianti, e, soprattutto specie con larve xilofaghe; contro di esse sembra abbia migliore efficacia la lotta biologia, che utilizza microrganismi, entomofagi, entomoparassiti, parassitoidi, ecc. Anche l’uomo si avvale del naturale antagonismo tra pipistrelli e falene, utilizzando il “grido ultrasonico” dei pipistrelli, registrato e diffuso con altoparlanti in campi infestati da falene defogliatrici e riuscendo ad allontanare quelle specie sensibili agli ultrasuoni.