Squali… elettrizzanti!

Caro Billy, sto per raccontarti un episodio che ti permetterà di capire come la fisica sia essenziale per il nostro vivere quotidiano, smentendo chi afferma si tratti di qualcosa di astratto e incomprensibile all’intelletto umano.

Torniamo indietro nel tempo: Agosto 1980; fu questo l’anno in cui venne catturato e sistemato nell’acquario di San Francisco, Sandy, un grosso squalo bianco. Dopo quattro giorni venne rimesso in libertà.

E quindi? Cosa c’è da spiegare in tutto ciò? Mantieni la calma, ci sto arrivando!

I responsabili dell’acquario temevano per l’incolumità di Sandy, poiché continuava a dare violenti colpi di testa contro un angolo della vasca, come se ne fosse attratto. Da questo evento gli operatori scientifici misurarono una piccola dispersione elettrica esattamente in quell’angolo, tra i due oblò della vasca. Quello percepito da Sandy era un debolissimo campo elettrico.

Cosa si intende per campo elettrico?  E soprattutto, come viene percepito dagli squali?

Il concetto di campo elettrico è costituito dalla presenza di una carica Q₁ che modifica le caratteristiche dello spazio che la circonda. Questa carica cambia le proprietà in un punto in cui è posta una seconda carica Q₂ che avverte la forza elettrica; si dice che la carica Q₁ genera un campo elettrico.

Il vettore campo elettrico (indicato con E) è dato dal rapporto fra la Forza di Coulomb F e la carica di prova q, una carica estremamente piccola utilizzata per visualizzare le proprietà del sistema, senza che esso ne risulti alterato.

[latex size="3"]E=\frac{F}{q}[/latex]

Non dormire Billy…adesso comincia la parte migliore!

Gli squali, e non solo, possono rintracciare le prede nascoste sotto la sabbia rivelando deboli tracce di bioelettricità, in pratica ascoltando il loro battito cardiaco. L'anatomia degli organi elettro-sensoriali che compiono questa azione fu descritta nel 1678 da Stefano Lorenzini nelle sue “Osservazione sulle torpedini”; non a caso presero poi il nome di Ampolle di Lorenzini.

Si tratta di strutture tubolari nelle quali un tipo di cellule producono una sostanza gelatinosa che riempie i canali, i quali collegano le ampolle con una serie di pori situati sulla parte anteriore della testa degli squali.

Queste ampolle sono un'estensione del sistema di linee laterali e si basano sulle cellule dei capelli come unità funzionale chiave. Le cellule dei capelli modificate fanno la parte più profonda del lumen centrale (cavità) di ogni ampolla. Il meccanismo delle cellule dei capelli ambulatorie risponde ad una inversione locale di polarità elettrica: cambiamento elettrico in ogni cellula di capelli, innescando il rilascio di neurotrasmettitori ad adiacenti nervi sensoriali.

Esse variano in numero a seconda della specie e funzionano come il labirinto auricolare situato nell’orecchio umano; infatti, anche in questo caso alcune ciglia immerse nel gel vengono sollecitate dalle variazioni di campo grazie all'azione di una pompa protonica, diventando quindi suscettibili ad un certo gradiente elettrochimico.

Analizzando questo gel, si è scoperto che è la differenza di potenziale elettrico tra l'estremità dei pori e la base delle cellule a permettere a questi animali di percepire i debolissimi campi elettrici delle prede.

A causa di questo senso a volte gli squali attaccano per sbaglio delle barche: il potenziale elettrochimico generato dall'interazione tra il metallo e l'acqua salata assomiglia ai campi generati dalle prede e riesce ad attirare anche squali che si trovano a grandi distanze.

Un altro utilizzo dell'elettroricezione è a fini di orientamento: le correnti oceaniche generate dal campo magnetico terrestre producono dei campi elettromagnetici, questi vengono usati dagli squali per migrare e rendere meno difficile la navigazione.

Nello specifico, l'acqua marina che si muove sulle linee del campo magnetico del nostro pianeta fornisce una "mappa" elettrica debole dell'ambiente immediato. Il corpo di uno squalo contiene un ricco brodo di biomolecole elettricamente cariche chiamate elettroliti, che consentono alle cellule di comunicare tra loro. Mentre nuota attraverso linee di campo geomagnetico, nel suo corpo vengono indotte correnti elettriche che forniscono segnali di navigazione.

Fantastico, vero?

Quindi Billy, mi raccomando, non elettrizzarti troppo: non sia mai che si trovi qualche squalo nei paragi!