Prova a schiacciare una mosca e ti sarà subito chiaro che sono più veloci di te. Molto più veloci. Ma come diavolo fanno queste minuscole creature – con i loro minuscoli cervelli – a superarci così facilmente?
Probabilmente ci hai riflettuto dopo aver inseguito una mosca in giro per casa e aver sbattuto la scarpa con ripetuti e infruttuosi colpi. Come fa a muoversi così velocemente? Può leggere la mia mente?
È la domanda posta al team di BBC World Service CrowdScience per il nostro episodio più recente che si occupa degli apparenti superpoteri dei piccoli animali. La risposta è che, rispetto a voi e a me, le mosche vedono essenzialmente il mondo al rallentatore.
Per illustrare questo, date un’occhiata a un orologio con una lancetta che ticchetta. Come esseri umani, vedete l’orologio che ticchetta a una velocità particolare. Ma per una tartaruga sembrerebbe ticchettare al doppio di quella velocità. Per la maggior parte delle specie di mosche, ogni ticchettio passerebbe circa quattro volte più lentamente. In effetti, la velocità del tempo differisce a seconda della specie.
Questo accade perché gli animali vedono il mondo intorno a loro come un video continuo. Ma in realtà, essi mettono insieme le immagini inviate dagli occhi al cervello in flash distinti un certo numero di volte al secondo. Gli esseri umani hanno in media 60 flash al secondo, le tartarughe 15 e le mosche 250.
È tutto relativo
La velocità con cui queste immagini vengono elaborate dal cervello è chiamata “tasso di fusione dei flash”. In generale, più piccola è la specie, più veloce è il suo tasso critico di fusione dello sfarfallio – e le mosche, in particolare, ci fanno vergognare.
Il professor Roger Hardie, dell’Università di Cambridge, studia il funzionamento degli occhi delle mosche, e ha un esperimento per determinare il loro tasso di fusione dello sfarfallio.
“Il tasso di fusione flicker è semplicemente quanto velocemente una luce deve accendersi e spegnersi prima di essere percepita o vista come una luce continua” dice il Prof Hardie.
Roger inserisce piccoli elettrodi di vetro nelle cellule sensibili alla luce dei loro occhi – fotorecettori – prima di far lampeggiare luci LED a velocità sempre maggiori. Ogni lampo del LED produce una piccola corrente elettrica nei fotorecettori che un computer può tracciare su uno schermo. I test rivelano che la mosca più veloce registra risposte distinte allo sfarfallio fino a 400 volte al secondo, più di sei volte più veloce della nostra velocità.
La visione più veloce di tutte si trova in una specie letteralmente chiamata “mosca assassina”. Si tratta di una minuscola specie predatrice che si trova in Europa e che cattura altre mosche dall’aria con reazioni super-veloci. Nel suo “laboratorio delle mosche” all’Università di Cambridge, la dottoressa Paloma Gonzales-Bellido dimostra il comportamento di caccia delle mosche assassine rilasciando la preda della mosca della frutta in una speciale scatola di ripresa con una mosca assassina femmina.
Paloma registra il comportamento a 1.000 fotogrammi al secondo utilizzando videocamere al rallentatore con un buffer di registrazione. Il computer collegato salva costantemente il video, sovrascrivendo se stesso ogni dodici secondi. Quando la mosca si muove, Paloma clicca un pulsante per salvare permanentemente gli ultimi 12 secondi.
“Il nostro tempo di reazione è così lento che se dovessimo fermarlo quando pensiamo che stia succedendo qualcosa sarebbe già successo”, dice il dottor Gonzales-Bellido. Essenzialmente, non possiamo nemmeno fare clic su un pulsante prima che il comportamento sia avvenuto, è così veloce.
Fly vs fly
Con le mosche assassine e le loro prede nella scatola delle riprese, inizialmente la mosca assassina si è seduta immobile, ma quando una delle mosche della frutta è volata circa 7 cm sopra di essa, c’è stato un lampo di movimento e improvvisamente la mosca assassina era sul fondo della scatola che masticava la mosca della frutta tremante.
Solo guardando il filmato rallentato sul computer è diventato chiaro cosa è successo; la mosca assassina è decollata, ha girato intorno alla mosca della frutta tre volte mentre cercava di afferrarla ripetutamente, prima di riuscire a catturare la sfuggente mosca della frutta con le sue zampe anteriori.
L’intero comportamento, dal decollo all’atterraggio, è durato solo un secondo. Ai nostri occhi appare come un lampo, così, al contrario, la mano che schiaccia un umano deve apparire a passo di lumaca.
Per consentire questa incredibile velocità della mosca assassina, che è più veloce anche di altre specie di mosche, le cellule che rilevano la luce negli occhi della mosca assassina contengono molti più mitocondri (le “batterie” delle cellule biologiche) di quelli presenti nelle stesse cellule di altre mosche.
Queste sono le batterie della cellula, quindi la visione veloce deve richiedere più energia della visione lenta, spiegando perché tutti gli occhi non sono semplicemente impostati sul più alto tasso di fusione a sfarfallio.
La dieta carnivora della mosca assassina fornisce le grandi quantità di energia necessarie per alimentare queste cellule ad alta energia. Ma anche se avessimo lo stesso numero di mitocondri nelle cellule o nei nostri occhi, non avremmo la stessa velocità di visione perché le cellule sensibili alla luce delle mosche hanno un design totalmente diverso da quelle dei vertebrati.
Dietro le differenze strutturali degli occhi delle mosche c’è la loro origine evolutiva. Artropodi e vertebrati, i gruppi che detengono le mosche e gli esseri umani, hanno evoluto i loro occhi del tutto separatamente circa 700-750 milioni di anni fa.
Teoria delle stringhe
Gli occhi delle mosche si sono evoluti per captare la luce con una serie di piccole strutture simili a stringhe che si trovano orizzontalmente rispetto al percorso che la luce compie attraverso l’occhio. Queste strutture reagiscono alla luce meccanicamente, mentre i vertebrati hanno lunghe cellule tubolari rivolte verso la luce, con sostanze chimiche che reagiscono alla luce alla base.
Questa struttura nell’occhio della mosca è qualcosa che Roger studia nel suo laboratorio. “È più sensibile in termini di capacità di dare un grande segnale alla più piccola quantità di luce e può anche rispondere più velocemente dei bastoncelli e dei coni nell’occhio dei vertebrati”, spiega.
Ci sono alcune ragioni per questa maggiore sensibilità, ma quello che il Prof Hardie ha scoperto è che rispondono meccanicamente alla luce, invece che chimicamente come nei coni e nei bastoncelli.
Le risposte meccaniche permettono segnali neurali più veloci. Inoltre, c’è un limite alla velocità a cui gli impulsi neurali possono viaggiare e la minore distanza dei nervi dall’occhio della mosca al cervello della mosca accelera l’elaborazione rispetto ai vertebrati più grandi.
Alcuni vertebrati hanno una visione molto più veloce della nostra. Il fatto che la specie sia in grado di volare sembra correlarsi con una visione più veloce, così come l’essere piccoli. Questo può essere dovuto al fatto che i piccoli animali volanti devono reagire così rapidamente durante il volo per evitare gli ostacoli che si avvicinano.
‘Slow motion swats’
La visione più veloce di tutte si trova nelle specie che catturano le mosche in volo.
Per quanto riguarda i vertebrati, studiando la visione del pigliamosche piedino, un piccolo uccello appollaiato che cattura le mosche in volo, gli scienziati della Uppsala University in Svezia hanno scoperto che era in grado di identificare una luce lampeggiante accesa e spenta 146 volte al secondo da una sorgente luminosa continua.
Gli uccelli sono stati addestrati ad associare una fonte di luce lampeggiante con un bocconcino, e avrebbero identificato accuratamente la luce lampeggiante fino a questo tasso, ponendo il loro tasso di fusione a 146. Questo è circa il doppio del tasso che gli esseri umani possono vedere, ma ancora non così veloce come la mosca media.
Questo significa che gli uccelli, come le mosche, sperimentano ogni ticchettio dell’orologio più lentamente degli umani.
C’è una pressione evolutiva sui pigliamosche a sperimentare il ticchettio dell’orologio il più lentamente possibile per superare le loro veloci prede. Nel corso del tempo evolutivo, gli uccelli che hanno sperimentato il “ticchettio più lento” potrebbero reagire più velocemente alle loro prede, permettendo loro di mangiare di più, allevare più pulcini e passare questa visione veloce alle generazioni future.
Le mosche che sono state inseguite dagli uccelli dalla vista veloce evolveranno reazioni più veloci per scappare. Creando una corsa agli armamenti evolutiva che è andata avanti più a lungo anche dell’esistenza degli uccelli. Le mosche preda si sono evolute in una visione e reazioni più veloci per sfuggire alle mosche predatrici come la mosca assassina da quando hanno evoluto il volo.
La prossima volta che cercate inutilmente di schiacciare una mosca, cercate di non essere così scoraggiati. I tuoi colpi pesanti e al rallentatore sono ostacolati da centinaia di milioni di anni di selezione naturale che permette alle mosche di guardare i tuoi tentativi al rallentatore.
Tra te e la mosca, il tempo, a quanto pare, è relativo.
Ascolta ‘CrowdScience’ sul BBC World Service, il programma i cui ascoltatori hanno ispirato questo articolo, e invia le tue domande scientifiche a ‘[email protected]’ :