Il coleottero bombardiere è un esempio di bomba chimica segreta

Introduzione

Nell’immaginario collettivo, se si parla di armi segrete (chimiche ed esplosive), ciò che subito salta in mente a molti è il fantasioso arsenale che l’agente segreto James Bond sfoggia in tutti i suoi film. Osservando la natura, però, ci rendiamo conto che l’ingegno delle sue creature è più sorprendente di qualsiasi pellicola cinematografica. Il coleottero bombardiere è un esempio di quanto possano essere complessi i meccanismi di difesa del mondo animale.

Il coleottero bombardiere

Brachininae

I coleotteri bombardieri costituiscono una sottofamiglia di insetti che comprende più di 500 specie diffuse in gran parte del globo. Nonostante le dimensioni estremamente variabili, dai 7 mm agli 8 cm, presentano molte caratteristiche comuni:

il corpo è rivestito da un esoscheletro scuro e abbastanza spesso;
le antenne sono molto lunghe e sottili;
la testa e le mandibole sono di grandi dimensioni;
le zampe sono lunghe e robuste.

Delle tantissime varietà di insetti bombardieri, i più noti sono i Brachininae (Carabidiae, Fig. 1) che appartengono al sottordine degli adefagi terrestri. La peculiarità di questi insetti è la presenza nel loro addome di due ghiandole che secernono rispettivamente perossido di idrogeno e idrochinone, ma soprattutto la capacità, se messi in condizione di stress o aggrediti, di mescolare queste due sostanze in un’apposita sacca. La miscela, che raggiunge i 100 °C, viene espulsa con un botto fragoroso. Grazie a quest’arma bollente questi insetti riescono ad allontanare gran parte dei predatori anche quelli di grandi dimensioni.

esemplare adulto di Brachininae — *Figura 1 – Brachininae adulta. [Fonte: https://it.wikipedia.org/]*

Stadio larvale

La larva dei Brachininae (Fig. 3) è definita oligopode poiché presenta tre paia di zampe toraciche. Questa caratteristica la rende estremamente veloce e una letale predatrice. Il corpo è di forma allungata e presenta, nella parte anteriore, delle sottili antenne che costituiscono gli organi di senso. Le mandibole sono di lunghezza variabile, ma in generale tozze e robuste per permetterle di divorare le uova deposte da altri insetti. Nel giro di una o due settimane la larva va incontro al processo di metamorfosi divenendo pupa e poi Brachininae adulta (Fig. 2). L’insetto, ancora dentro il bozzolo, si gira sul dorso e con le zampe rompe il guscio per evitare che le elitre (ali scheletriche) possano urtare contro le pareti dell’involucro e danneggiarsi. Dopo la trasformazione il coleottero bombardiere si nutre di altri insetti per recupere il peso perduto nella fase pupale.

fase evolutive del coleottero bombardiere — *Figura 2 – Larva, pupa ed esemplare adulto. [Fonte: https://www.isprambiente.gov.it/]*

larva di coleottero bombardiere — *Figura 3 – Larva di coleottero bombardiere. [Fonte: https://www.isprambiente.gov.it/]*

Riproduzione del coleottero bombardiere

Gli esemplari che riescono a raggiungere lo stadio adulto sono pronti ad affrontare le sfide che li attendono, soprattutto quella riproduttiva. Il principale elemento di distinzione tra individui di sesso maschile e femminile all’interno della famiglia dei Brachininae è la dimensione: i maschi sono, in generale, più grandi delle femmine. La spiegazione di questa caratteristica è evolutiva.

Come accade in molte specie, il maschio più grande è anche il più forte e quindi è in grado di allontanare i pretendenti rivali, ma soprattutto riesce a trasmettere i suoi geni alle generazioni successive. La femmina di coleottero bombardiere, trovato il partner giusto, inizia l’accoppiamento che avviene per anfigonia: il maschio deposita gli spermatozoi all’interno dell’apparato riproduttore della femmina, dove potranno rimanere attivi anche per un mese. Avvenuta la fecondazione, la femmina depone l’uovo in un buco nel terreno che lei stessa ha scavato e poi lo ricopre per evitare che altri insetti se ne cibino.

L’arma segreta del coleottero bombardiere

Per decenni il segreto del coleottero bombardiere è rimasto incompreso. Solo in seguito a osservazioni accurate, tramite il metodo del sincrotrone e l’ausilio dei raggi X, è stato possibile comprendere come avviene questo processo, le dinamiche delle sostanze all’interno dell’addome dell’insetto e le varie strutture anatomiche che sono coinvolte nel meccanismo di difesa.

Chimica

I coleotteri bombardieri, quando vengono disturbati o attaccati da predatori, spruzzano dalla parte posteriore del proprio corpo la miscela esplosiva con un getto estremamente potente rispetto alle loro ridotte dimensioni. Il benzochinone che viene espulso dai coleotteri bombardieri è in realtà una misura di difesa molto comune fra gli insetti. Tuttavia, queste specie sono le uniche che lo rilasciano improvvisamente facendolo uscire fuori dal corpo come se fosse il proiettile di una pistola.

In passato, gli studiosi avevano ipotizzato che le due sostanze chimiche fossero benzochinoni prodotti a partire dall’idrochinone, una sostanza chimica tossica che nell’uomo può provocare il cancro e danni genetici. Le ultime ricerche hanno dimostrato invece che solo una delle due sostanze deriva dall’idrochinone, mentre l’altra proviene dal m-cresolo, una tossina trovata nel catrame di carbone. La combinazione di questi due materiali porta alla formazione di una miscela altamente instabile che con estrema facilità raggiunge il punto di ebollizione. Quest’ultimo processo è la molla che fa scattare il meccanismo di fuoriuscita del getto dal corpo del coleottero bombardiere.

sostanze chimiche coinvolte nella reazione — *Figura 4 – Reazione chimica. [Fonte: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/]*

Fisica

Le ghiandole dei Carabidi sono strutture dorsali posizionate all’estremità posteriore dell’addome, una su ciascun lato della parte terminale dell’intestino e al di sopra degli organi riproduttivi. Le ghiandole del coleottero bombardiere sono costituite da acini sferici (lobi secretori) più o meno allungati, disposti attorno a un collettore centrale assiale (lume). La sostanza chimica passa attraverso un dotto escretore lungo e flessibile, per poi raggiungere un’apertura a forma di sacco ricoperta da un rivestimento muscolare di spessore variabile. Il sacco si restringe progressivamente fino a raggiungere un’apertura verso l’esterno.

Il mistero che si cela dietro questo incredibile meccanismo di difesa è l’enorme potenza dello spruzzo, soprattutto se paragonato, come già detto, alle ridotte dimensioni del corpo del coleottero bombardiere. Tutto ciò richiede, inoltre, un’enorme resistenza da parte dei tessuti dell’addome per poter sopportare le alte temperature dello spruzzo – arma segreta. Per ovviare a questo problema, i bombardieri sintetizzano le sostanze chimiche solo nel momento di necessità, in modo da ridurre al minimo la permanenza dell’“esplosivo” all’interno del corpo.

struttura delle ghiandole che producono i composti esplosivi nel coleottero bombardiere — *Figura 5 – Struttura ghiandolare. [Fonte: https://zslpublications.onlinelibrary.wiley.com/]*

Applicazioni

Per l’uomo la straordinaria abilità del coleottero bombardiere rappresenta un’interessante opportunità in molti settori. Alcune compagnie aeree stanno studiando la miscela esplosiva al fine di riattivare motori delle turbine che possono spegnersi per danni tecnici o per congelamento. Anche nel settore energetico sono in atto ricerche per comprendere come utilizzare al meglio questo composto come energia alternativa. Ultimo, ma non per importanza, il coleottero bombardiere costituisce un rilevante bio-indicatore dello stato di salute di molti boschi e foreste italiane e di tutto il mondo.