A volte ci capita di imbatterci in quello che sembra un guscio vuoto e bianco di un animale. In realtà, è l’esoscheletro degli insetti, che è stato cambiato dal suo ospite.
Una grande differenza tra gli insetti e noi umani, è che sono morbidi all’interno e duri all’esterno mentre noi siamo esattamente l’opposto. Il nostro endoscheletro (“endo” sta per “interno”) ci tiene in piedi e dà ai nostri muscoli i punti su cui attaccarsi, il che, a sua volta, ci consente di muoverci. L’esoscheletro degli insetti (“exo” sta per “esterno”) fa lo stesso. La parete del corpo di un insetto è una sorta di tubo disossato, ma anziché essere liscia all’interno, presenta delle creste e appigli che lo rafforzano, e forniscono i punti di attacco per i muscoli. L’esoscheletro offre protezione da predatori, parassiti e permette di perdere o rilasciare l’acqua in eccesso. Scopriamo questo particolare apparato degli insetti.
In un certo senso, un insetto ha il suo scheletro fuori dal suo corpo. La parete del corpo dell’insetto è indurita (il termine tecnico è “sclerotizzata”) in modo che diventi come un guscio sul corpo dell’insetto. Poiché gli insetti non hanno ossa, il guscio funge da scheletro del corpo.
Nei nostri corpi, i muscoli sono attaccati alle ossa dello scheletro. Il muscolo si contrae causando il movimento dell’osso, e quando questo si muove, anche la carne attorno ad esso si muove. Quindi non potremmo andare in giro senza i nostri scheletri. L’esoscheletro degli insetti ha uno scopo simile, con i muscoli attaccati alla superficie interna dell’esoscheletro. Il muscolo di un insetto si contrae, e la parte dell’esoscheletro attaccata a quel muscolo si sposta quindi verso il muscolo.
Gli insetti hanno esoscheletri costituiti da una sostanza chiamata chitina. Anche gli esoscheletri di granchi, aragoste, gamberi, ragni, zecche, acari, scorpioni e animali correlati sono fatti di chitina. Mentre gli esoscheletri sono duri e rigidi, hanno anche articolazioni o sezioni pieghevoli. Queste articolazioni consentono agli animali di muoversi facilmente. Gli esoscheletri degli animali terrestri hanno anche piccoli fori di respirazione, chiamati spiracoli.
Animali come vongole, ostriche, cozze e lumache hanno un altro tipo di esoscheletro, la conchiglia. Le conchiglie sono costituite da una sostanza chiamata carbonato di calcio. Gli animali con conchiglie non mutano. Man mano che gli animali crescono, anche i gusci crescono lungo i bordi.
La domanda più scontata a questo punto è: come fanno a crescere gli insetti? Questo è un vero problema per gli insetti e altri invertebrati con esoscheletri (anche i ragni o i gamberi sono forniti di esoscheletro), e il problema viene superato in modo abbastanza drastico. Cioè, di tanto in tanto man mano che l’insetto cresce, il suo esoscheletro fisicamente si apre, e ne emerge una versione ingrandita dell’insetto, lasciando indietro il vecchio esoscheletro. Quando un insetto emerge dal suo vecchio esoscheletro, si dice che muta.
Sfortunatamente per l’insetto, ci vuole un po’ di tempo prima che un nuovo esoscheletro si indurisca, e durante questo periodo in cui l’esoscheletro degli insetti è molli, questi animali sono molto vulnerabili ai predatori. Certo, sembra un lato negativo molto forte. Ma di certo, durante la maggior parte della vita di un insetto il suo esoscheletro è di grande beneficio, quindi essere vulnerabile per un breve periodo più volte nella sua vita è un buon compromesso.
Come al solito, il sistema non è così semplice come sembra a prima vista. Iniziando dall’esterno e andando verso l’interno, lo strato superiore è la sottile epicuticola, la prima e ultima linea di difesa dell’insetto contro l’acqua esterna che entra e l’acqua interna che esce. L’epicuticolo è ricoperto di cera, e questa cera è coperta da uno “strato di cemento” che mantiene intatta la cera.
Appena sotto la epicuticola c’è il procuticolo (che è composto da un esocuticola superiore ed un endocuticolo inferiore). Il grosso procuticolo contiene filamenti di proteine intrecciati con un materiale resistente chiamato chitina. Lo strato di esocuticola può essere piuttosto rigido (sclerotizzato), perché le sue proteine sono indurite, mentre lo strato di endocuticola è più flessibile perché le sue proteine non sono indurite (a breve vedremo perché è importante).
La cuticola copre l’esterno dell’insetto, più le estremità anteriori e posteriori dell’apparato digerente, ed allinea anche il sistema tracheale e respiratorio. Il colore di un insetto, sia il colore pigmentato che il colore strutturale (gli strati di minuscole lastre riflettenti che causano l’iridescenza) si trovano nello strato della procuticola.
Sotto gli strati della cuticola si trova l’epidermide o ipoderma, uno strato cellulare vivente che secerne la cuticola non vivente che si trova sopra di essa. I peli sensoriali hanno origine in questo strato e spuntano attraverso la cuticola; i peli forniscono informazioni ai nervi alla base. Lo strato più interno dell’endoscheletro è la “membrana basale”, che sostiene l’epidermide e separa l’esoscheletro dalla cavità del corpo.
La cuticola è fatta di chitina, e la chitina (un derivato del glucosio) è una sostanza piuttosto interessante. Può essere flessibile – nella sua forma pura – o rigida – mineralizzata con carbonato di calcio, che può provenire dall’acqua che circonda un insetto acquatico o dal cibo di un insetto terrestre.
Gli invertebrati come i millepiedi, i cui esoscheletri sono “ad alta manutenzione” a causa della semplice usura, sono legati ad habitat con molto calcio nel suolo. Gli attaccamenti muscolari all’interno del corpo di un insetto sono fatti di una forma elastica di chitina che è sei volte più forte dei tendini umani. La chitina è impermeabile all’alcol, agli acidi e alle basi deboli, e ai succhi digestivi, ma è suscettibile ad alcune azioni batteriche.
Ma ovviamente, non tutti gli insetti sono uguali. Quindi, l’esoscheletro degli insetti è diverso per le varie specie? Non esattamente, ma comunque non tutte le cuticole sono uguali. Il carbonato di calcio e altre sostanze che vengono miscelate con la chitina per formare l’esocuticola la rendono più rigida; l’endocuticola è prevalentemente chitina, e quindi è più morbida. La “morbidezza” relativa di un insetto dipende dal fatto che prevalga l’endocuticola o l’esocuticola. Gli insetti dal corpo morbido o in alcune fasi della vita (come le larve) hanno una percentuale più alta di endocuticole nei loro esoscheletri.
Le zampe dell’insetto sono coperte da cuticola (dura) mineralizzata, ma le sue articolazioni delle gambe, e le articolazioni tra i segmenti del corpo, sono costituite dalla forma coriacea di chitina. I segmenti addominali di un insetto hanno in genere una “piastra” dura nella parte superiore, una su ciascun lato e più attraverso la parte inferiore, e la cuticola flessibile tra le piastre consente l’espansione. Ed ecco che torniamo al discorso della muta.
La muta inizia con un “momento di quiete”, durante il quale l’epidermide costruisce una nuova epicuticola e una esocuticola sotto le vecchie, separa il suo sé esterno (i vecchi strati della cuticola superiore) dal suo nuovo io interiore, e quindi utilizza uno speciale fluido per la muta, detto enzima, per dissolvere la sua endocuticola.
Riassorbe e/o ricicla i minerali necessari dalla vecchia endocuticola, per usarli nella costruzione di quella nuova. L’insetto rilascia la vecchia cuticola pompando la testa e il torace con il fluido o con aria, oppure aumentando la sua pressione sanguigna. La “pelle” si divide nel punto più debole, spesso lungo la parte posteriore del torace, e il “nuovo” insetto si tira fuori.
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F. B.
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