In tutti gli animali che nuotano o volano - dalla farfalla alla balena - gli organi propulsori si flettono secondo lo stesso modello, indipendentemente dal tipo di tessuti di cui sono fatte pinne e ali, si tratti cioè di chitina, di penne e ossa o del materiale gelatinoso dei molluschi. La scoperta, insieme a quella delle leggi cinematiche all'origine di questa vasta convergenza evolutiva, potrà essere utile per la progettazione di dispositivi meccanici flessibili più efficienti.

Tutti gli animali che sanno volare o nuotare piegano le pinne e le ali secondo un modello universale, indipendentemente dalla specie e dalle modalità di movimento. A scoprirlo è stato un gruppo di ricercatori della Roger Williams University a Bristol, e del Providence College, nel Rhode Island, che hanno analizzato sequenze video di esemplari di 59 specie mentre nuotavano o volavano a velocità costante.

Angoli di flessione simili in gruppi animali differenti. (Cortesia K.N. Lucas et al./Nature)

Come spiegano su "Nature Communication", Kelsey Lucas, Jack Costello e colleghi hanno rilevato che durante il movimento costante, le ali di un farfalla monarca sono piegate in una posizione proporzionalmente analoga a un angolo massimo simile a quello a cui è piegata la coda di un tursiope che nuota o il piede natatorio di un mollusco pteropode come la limacina.

Questo modello di flessione rimane costante in tutti i gruppi animali, che siano dotati di esoscheletro (come gli insetti), di endoscheletro (come gli uccelli, i pipistrelli i pesci e i cetacei), o, come i molluschi, di un semplice scheletro idrostatico, in cui la struttura portante del corpo è un liquido racchiuso in una cavità, su cui i muscoli esercitano una pressione sufficiente a dare sostegno. Non solo: il modello è seguito indipendentemente dal materiale di cui è fatto l'organo propulsore, per esempio chitina o piume e ossa.

Questa costanza, osservano i ricercatori, suggerisce che il modello di flessione dei propulsori animali non sia determinato da motivi strutturali o dalla composizione dei materiali, ma sia invece vincolato a un intervallo relativamente ristretto di valori da fattori squisitamente cinematici.

Secondo Lucas e colleghi, è verosimile che a guidare la convergenza evolutiva di specie così differenti verso un'identica soluzione sia l'efficienza energetica della produzione della spinta, legata alla creazione e alla circolazione di vortici, che creano gradienti di pressione attorno all'organo di propulsione. Grazie a essi, la spinta su un propulsore opportunamente flessibile può aumentare di un fattore 100, o anche più, rispetto a quella di cui godrebbe un propulsore rigido.

Questi risultati, concludono i ricercatori, offrono un nuovo quadro da cui partire per comprendere e progettare dispositivi meccanici flessibili. Infatti, per quanto si pensi da tempo che il modo in cui gli animali piegano pinne e ali contribuisce all'efficienza dei loro movimenti, finora i tentativi di ricreare i modelli di movimento animale in dispositivi artificiali non hanno dato buoni risultati, proprio a causa di una scarsa comprensione degli schemi di flessione.