Gambero pistolero (Alpheus heterochaelis): 218 decibel e plasma a 4.400°C in una bolla d'acqua

In molti relitti del Pacifico e del Golfo del Messico i sommozzatori segnalano da decenni uno strano sottofondo: un crepitio continuo, simile a fritto di olio bollente, che riempie l'acqua e disturba i sonar militari. Per anni si è creduto che fosse rumore elettrico, fino a quando negli anni Quaranta i biologi marini hanno collegato il "frying noise" a una piccola creatura quasi invisibile: il gambero pistolero, o snapping shrimp. La famiglia degli Alpheidae conta oltre 600 specie, ma la più studiata è Alpheus heterochaelis, lunga appena 4-5 cm e dotata di una chela asimmetrica che chiude più rapidamente di un proiettile e produce uno dei suoni più forti dell'oceano.

Ma il colpo non è il suono. È quello che succede dopo.

Una chela come una pistola

La chela dominante del gambero pistolero (di solito la destra, ma il lato si può invertire dopo un trauma) ha un dito mobile a forma di pistone. Quando viene cocked all'indietro, due lobi della chiusura si incastrano come un grilletto. Quando il gambero rilascia la tensione muscolare, il pistone si chiude in 700 microsecondi con una velocità di punta di 25 metri al secondo: un'accelerazione paragonabile a quella di una pallottola di pistola appena uscita dalla canna.

Questo moto improvviso espelle un getto d'acqua orientato verso l'esterno, e la pressione locale lungo il getto cala bruscamente sotto la pressione di vapore dell'acqua marina. È la condizione perfetta per la cavitazione: nell'acqua si forma una piccola bolla di vapore di pochi millimetri di diametro. La bolla esiste per circa 300 microsecondi, poi collassa.

Cosa succede al collasso

Il collasso di una bolla di cavitazione è un evento fisico estremo. Le pareti della bolla precipitano una contro l'altra a oltre 100 m/s, comprimendo il gas interno fino a pressioni equivalenti a centinaia di atmosfere e temperature stimate di 4.400°C: più calde della superficie del Sole. L'onda d'urto irradia un suono fra 200 e 218 decibel re 1 μPa, secondo le misure idrofoniche del 2000 di Detlef Lohse, Michel Versluis e Anna von der Heydt pubblicate su Science ("How Snapping Shrimp Snap", Science 289:2114-2117). Questa intensità è paragonabile a quella di una balenottera azzurra: ma in un animale di 5 cm.

Lo studio decisivo arrivò due anni dopo, nel 2001, dal gruppo di Barbara Schmitz al Politecnico di Monaco. Filmando con telecamere ad altissima velocità (40.000 fotogrammi al secondo) i ricercatori notarono un piccolo lampo di luce all'istante del collasso. Era sonoluminescenza: il fenomeno per cui una bolla di gas compressa così violentemente emette fotoni. Pubblicato su Nature con il titolo "Snapping shrimp make flashing bubbles", l'articolo coniò il termine shrimpoluminescence.

Cosa fanno con tutto quel potere

Tutto questo armamento serve a due cose. Primo, cacciare: l'onda d'urto stordisce o uccide piccoli pesci e crostacei a brevissima distanza (3-4 cm), e il gambero li trascina nella tana per consumarli senza nemmeno toccarli. Secondo, comunicare: gli snap sono usati nei combattimenti territoriali e nei rituali di corteggiamento. Maschi e femmine si rispondono con sequenze di colpi, e nei conflitti per il rifugio il "duello" può svolgersi senza contatto fisico, semplicemente alzando il volume.

Il sodalizio con i pesci ghiozzo

I gamberi pistoleri vivono spesso in simbiosi mutualistica con i ghiozzi del genere Cryptocentrus e Amblyeleotris. Il gambero, quasi cieco, scava e mantiene la tana; il ghiozzo, dalla vista acuta, sta sull'imboccatura e segnala con un battito di pinna l'arrivo dei predatori. Il gambero tiene sempre un'antenna in contatto con la coda del pesce per percepire i segnali. È uno dei più documentati esempi di cooperazione interspecifica fra crostacei e pesci, descritto per la prima volta dall'ittiologo Eugenie Clark.

Implicazioni: dai sonar alla biomimetica

Lo studio dei pistol shrimp ha applicazioni ben oltre la biologia. La US Navy si interessa al loro snap per due ragioni: maschera i sonar nemici (le coste della Florida e di Okinawa sono "rumorose" proprio per la densità di colonie alfeidiche) e ispira nuovi sistemi di propulsione subacquea silenziosa. In un'inchiesta di Science del 1999 si stimava che fino al 60% del rumore di fondo nelle acque costiere a media latitudine venga dai pistol shrimp. La cavitazione controllata viene oggi usata in microfluidica per spingere fluidi in canali biomedici, e qualcuno l'ha proposta per ablare cellule tumorali con bolle calibrate.

Una creatura che riscrive i limiti

Il gambero pistolero ricorda che gli estremi della fisica non si trovano solo in fondo agli oceani o in laboratorio, ma negli organismi più piccoli. Cinque centimetri di esoscheletro contengono un meccanismo che genera plasma, sonoluminescenza, un'onda d'urto da 218 dB e una temperatura paragonabile alla fotosfera del Sole. Tutto questo per cacciare un pesciolino di un centimetro. Quando si parla del "più rumoroso animale dell'oceano" non si pensa quasi mai a un crostaceo che si confonde con una pietra: ma il record, da decenni, è suo.