Nuova ricerca: il ruolo dell'acqua nella velocità di contrazione delle fibre muscolari

RomeUno studio dell'Università del Michigan suggerisce che il movimento dell'acqua nelle fibre muscolari influisca sulla velocità della loro contrazione. I ricercatori Suraj Shankar e L. Mahadevan hanno creato un modello che dimostra che il comportamento dei fluidi all'interno delle fibre muscolari stabilisce i loro limiti di velocità. I muscoli sono composti in gran parte d'acqua, circa il 70%. Studi precedenti si erano concentrati sulle azioni delle molecole piuttosto che sulla risposta complessiva delle fibre muscolari. Questo nuovo studio offre una prospettiva diversa su come il fluido si muove attraverso le fibre muscolari e ne influenza l'elasticità.

Principali risultati includono:

• Il movimento dei fluidi all'interno delle fibre muscolari influisce sulla velocità di contrazione.
• I muscoli hanno un’“elasticità anomala” che permette di generare potenza attraverso deformazioni tridimensionali.
• Questo modello di movimento dei fluidi può spiegare le azioni muscolari rapide sia negli organismi piccoli che in quelli grandi.
• Nei piccoli insetti, i flussi di fluidi limitano la velocità di contrazione, a differenza degli animali più grandi dove prevale il controllo neuronale.
• Il muscolo funziona come una “spugna attiva”, spostando l'acqua durante le contrazioni.
• Il muscolo può violare la legge di conservazione dell'energia, operando come un motore piuttosto che come una semplice fascia elastica.

Studio analizza i muscoli di diversi animali. I serpenti a sonagli utilizzano il controllo nervoso per movimenti rapidi della coda, mentre insetti come le zanzare impiegano fluidi nei loro muscoli per battere le ali velocemente. Questo dimostra che le creature più piccole con movimenti molto rapidi si affidano alla meccanica dei fluidi nei loro muscoli.

I muscoli sono composti da proteine, nuclei, organelli e motori molecolari, il tutto avvolto dall'acqua. Questa struttura ricca d'acqua si comporta in maniera diversa da quanto pensavamo. Quando i muscoli si contraggono, spingono l'acqua, influenzando la velocità del loro movimento.

I muscoli funzionano in modo diverso rispetto agli elastici quando si contraggono. Invece di conservare energia, la generano attraverso costanti cambiamenti nella loro forma, un processo noto come "elasticità strana." Questa intuizione rivoluziona la nostra comprensione del funzionamento dei muscoli.

Queste conoscenze potrebbero portare alla realizzazione di attuatori morbidi migliori, muscoli artificiali che si muovono più velocemente e materiali che cambiano forma facilmente. I muscoli artificiali attuali sono lenti perché necessitano di stimoli esterni per attivarsi. Approfondendo il funzionamento dei fluidi muscolari, i muscoli artificiali potrebbero reagire più rapidamente. Inoltre, considerare i muscoli come materiali complessi anziché semplici componenti può migliorare la nostra comprensione del movimento animale.

Il modello di Shankar suggerisce che non dovremmo limitare l'osservazione delle fibre muscolari solo al livello molecolare. Propone invece di considerare l'aspetto fluido e strutturale del muscolo nel suo insieme. Questa prospettiva più ampia è cruciale per comprendere a fondo il funzionamento dei muscoli e come questa conoscenza possa essere applicata in modi pratici.

Questo studio mette in discussione le attuali teorie sul funzionamento dei muscoli e spinge a ulteriori ricerche sulla loro biologia e fisica. Le future indagini basate su questi risultati potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione della funzione muscolare e portare a nuove tecnologie.