Questo post è il primo di una breve serie di blog chiamata “Know your Insect”. Le immagini e le descrizioni sono scritte da studenti laureati in Entomologia iscritti ad un seminario con lo stesso nome.
Di: Flor Edith Acevedo
Le mandibole o mascelle degli insetti sono strutture fortemente sclerotizzate che servono una varietà di funzioni tra cui l’alimentazione e la difesa. Nelle formiche, le mandibole sono anche usate come strumenti per eseguire attività come tagliare foglie, scavare, trasportare e prendersi cura della covata. Un altro aspetto interessante delle mandibole degli insetti è che possono giocare un ruolo importante nel successo dell’accoppiamento, i maschi del coleottero cervo (Coleoptera: Lucanidae) fanno crescere grandi mandibole che sembrano attrarre più femmine (Gotoh et al. 2011).
Le mandibole degli insetti sono composte principalmente da chitina e proteine; le catene adiacenti di chitina sono collegate da legami idrogeno per formare microfibrille di chitina. Le proprietà fisiche delle mandibole degli insetti sono influenzate dallo spessore della cuticola, dalla disposizione delle fibre di chitina, dal contenuto proteico e dal deposito di metalli (Klowden 2008).
Alcuni insetti aumentano la durezza delle loro mandibole incorporando metalli come zinco, manganese, rame e calcio. I metalli si trovano principalmente nei bordi di taglio delle mandibole per aumentare la durezza e ridurre l’usura abrasiva (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002).
Non tutti gli insetti accumulano gli stessi minerali nelle loro mandibole. La composizione minerale sembra essere associata al gruppo tassonomico a cui appartiene un particolare insetto. Per esempio, l’accumulo di Zn è diffuso nelle larve dei lepidotteri. È presente anche in termiti, formiche, cavallette e alcuni coleotteri. Il calcio, invece, si trova principalmente nei ditteri (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002; Hillerton et al. 1984; Cribb et al. 2005).
Il contenuto di Zn è altamente correlato alla durezza mandibolare nelle termiti, nelle formiche e nel verme marino Nereis virens (Cribb et al. 2008; Schofield et al. 2002; Broomell et al. 2006). La mineralizzazione non è l’unico modo per aumentare la durezza della mandibola. Alcuni coleotteri hanno mandibole più dure dell’acciaio inossidabile, ma mancano di minerali. Una migliore comprensione della struttura fisica e chimica della cuticola degli insetti sarebbe di grande interesse per la ricerca sui materiali (Cribb et al. 2010).
Un altro aspetto importante coinvolto nella biomeccanica dell’alimentazione degli insetti, è la muscolatura mandibolare collegata. Insieme, mandibole e muscoli influenzano la forza, la velocità e la precisione del movimento della mandibola (Clissold 2007).
La mia ricerca si concentra sullo studio dei meccanismi di adattamento utilizzati dagli erbivori insetti per nutrirsi di particolari piante. Durante l’alimentazione, gli erbivori hanno bisogno di rompere le pareti cellulari delle piante per avere accesso ai nutrienti. Questa rottura è di solito prima fisica e poi chimica; quindi, la struttura delle foglie può inibire l’acquisizione iniziale dei nutrienti. Per esempio, le piante con un alto contenuto di lignina saranno più difficili da distruggere. L’accumulo di cellulosa, lignina, silicio e tricomi sono barriere per i danni meccanici e servono come difese meccaniche della pianta, riducendo la digeribilità e causando l’usura delle mandibole degli insetti.
Perché gli insetti possano nutrirsi e svilupparsi su piante con foglie dure, devono adattare la loro fisiologia, morfologia e sviluppo. Le larve di lepidotteri (bruchi) sono in grado di aumentare le dimensioni della loro capsula cranica quando si nutrono di tessuti vegetali duri (Bernays 1991). Capsule craniche più grandi possono ospitare muscoli mandibolari più grandi, aumentando così la forza necessaria per nutrirsi su foglie dure.
