“Fantasmi” animali: il manto sbalorditivo degli zaffiri di mare

I cosiddetti “zaffìri di mare” o zaffirini sono dei piccoli crostacei marini, appartenenti al genere Sapphirina, comprendente 60 specie. Il nome viene dal brillante colore azzurro del loro tegumento (il rivestimento), dovuto a un affascinante gioco di riflessi della luce, ma la loro vera peculiarità è che possono… svanire alla vista, diventando praticamente invisibili. Guardate questo video spettacolare:

Fanno parte della famiglia dei Sapphirinidae, comprendente molte altre specie meno cromaticamente sfiziose.
Per la precisione il gruppo di crostacei di cui fanno parte è quella dei copepodi, che in totale comprende oltre 14.000 specie ed è importantissimo in quanto componente principale dello zooplancton e fonte di cibo per altri crostacei e i vertebrati acquatici. I copepodi compongono la biomassa animale più grande del mondo assieme al krill e per questo sono di estremo interesse scientifico per il loro ruolo ecologico, nella catena alimentare e nel ciclo del carbonio. Molti copepodi sono parassiti. Tutte le specie della famiglia dei Sapphirinidae lo sono. Si attaccano sulla superficie di un animale, o alla cavità orale, e qui si comportano un po’ come pidocchi. Ogni specie si è evoluta per sopravvivere e occupare una nicchia in cui prosperare.

I zaffiri di mare non sono solo blu, ma possono mostrare anche altre tonalità o effetti caleidoscopici meravigliosi.
Le varie colorazioni iridescenti che esibiscono, come già accennato, sono dovute alle cellule del loro rivestimento chitinoso, composte da tanti cristalli esagonali disposti in strati che riflettono la luce. I colori variano tra le specie e anche tra gli individui. E’ stato notato che le specie che vivono più vicine alla superficie riflettono tutta la luce dello spettro visibile, mentre scendendo in profondità iniziano a comparire specie che riflettono solo l’azzurro e il blu, in base alla porzione di spettro luminoso visibile.

Credits: Christian Sardet / CNRS / Tara Expeditions / MIT.
Sapphirina sp, maschio nel Mediterraneo. Credits: Christian Sardet / CNRS / Tara Expeditions / MIT. http://phys.org/news/2015-05-uncovering-diversity-invisible-ocean-world.html

 

Credits: Stefan Siebert http://www.flickr.com/photos/ssiebert/
Sapphirina metallina (Dana, 1849). Credits: Stefan Siebert
http://www.flickr.com/photos/ssiebert/

 

Credits: Denis Riek http://www.roboastra.com/Crustacea1/brde1134.htm
Sapphirina sp. Credits: Denis Riek
http://www.roboastra.com/Crustacea1/brde1134.htm

 

Per capire meglio questo fatto bisogna ricordare alcune proprietà della luce.

La luce è un’onda elettromagnetica, cioè un trasferimento di energia. Quanta energia viene trasportata dall’onda ci viene detto dalla lunghezza d’onda, che si misura in nanometri. Minore è questa proprietà, maggiore è l’energia. Il nostro occhio è in grado di percepire solo la luce cosiddetta per l’appunto visibile, compresa fra i 400 e i 700 nanometri di lunghezza; oltre ci sono gli ultravioletti [1], al di sotto gli infrarossi.
L’occhio invia tramite il nervo ottico un segnale al cervello, che interpreta le informazioni ricevute e le “traduce” sotto forma di immagini: sono i colori, direttamente dipendenti dalla lunghezza d’onda della luce percepita, infatti quelle più alte vengono percepite come rosso, quelle più basse come blu.

La spiegazione tradizionale delle colorazioni dei zaffirini riguarda solo la profondità oceanica.

Le onde elettromagnetiche non hanno bisogno di un mezzo in cui propagarsi [2], difatti il Sole ci illumina nonostante fra noi ed esso ci sia il vuoto. Tuttavia, gli atomi o le molecole che attraversa possono influenzarla in vari modi (riflettendola, rifrangendola, disperdendola ecc. [3]).
L’acqua liquida assorbe una certa quantità di radiazione luminosa. La lunghezza d’onda corrispondente al rosso è già completamente assorbita entro i 15 metri, mentre il blu in parte viene riflesso (dando il caratteristico colore azzurro alla superficie dei mari), in parte attraversa arrivando a profondità maggiori.

Image credits: Tom Morris, Fullerton College http://www.seos-project.eu/modules/oceancolour/oceancolour-c01-p07.html
Image credits: Tom Morris, Fullerton College
http://www.seos-project.eu/modules/oceancolour/oceancolour-c01-p07.html

 

I nostri zaffirinidi così non hanno a disposizione l’intero spettro dell’arcobaleno da riflettere con il loro esoscheletro, ma dipende da quali lunghezze d’onda sono maggiormente diffuse in acqua.

Tuttavia si tratta di un discorso incompleto.

Tutto questo riguarderebbe poco questi crostacei se non fosse per le loro cellule di rivestimento, le vere responsabili dell’iridescenza, analogamente alle scaglie di pesce che in alcuni casi possono dare riflessi colorati tenendoli con una certa angolazione.
Sono formate da cristalli composti da guanina [4] che forma strutture esagonali disposte in più strati. In Sappharina metallina possono arrivare a 14 strati, mentre in Copilia mirabilis sono dai 5 agli 8 strati. Ciascun cristallo è spesso 70 nanometri. Ma a modulare l’effetto sono gli strati di liquido citoplasmatico fra i cristalli, il cui spessore varia tra i 50 e i 200 nanometri contribuendo alla riflessione nei loro giochi caleidoscopici. Meno è spesso lo strato di citoplasma, più sono corte le onde riflesse e viceversa.

Immagini al microscopio elettronico a scansione dei cristalli di guanina nei zaffiri di mare. Credits: Gur et al. 2015 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b05289
Immagini al microscopio elettronico a scansione dei cristalli di guanina nei zaffiri di mare.
Credits: Gur et al. 2015 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b05289

 

Il significato biologico è probabilmente riproduttivo: solo i maschi possiedono l’iridescenza, che sembra proprio essere esibita in “danze” di corteggiamento quando nuotano a spirale attorno alle femmine.

Ma come spiegare “l’invisibilità”?

Accade per almeno una specie documentata, fino ad ora.
Anche questa dipende dai cristalli, o meglio, dall’angolo con cui la luce riflessa li colpisce. Quando l’angolo è stretto, anche la lunghezza d’onda della luce riflessa si accorcia. Ciò può esaltare l’azzurrino o il violetto di certi giochi di luce, ma quando l’incidenza dell’angolo aumenta troppo, ecco che la lunghezza d’onda sfocia nell’ultravioletto, a noi invisibile.

Informazioni utili per chi lavora nello sviluppo di strutture artificiali di cristalli fotonici, con potenziali applicazioni ottiche ed elettroniche.

sn-seasaphire

Fonti e riferimenti bibliografici:

Approfondimenti:

Note:

[1] gli ultravioletti hanno maggiore energia, ecco perché si consiglia di proteggersi dai raggi UV poiché potrebbero danneggiare la pelle e causare ustioni o tumori.

[2] a differenza per esempio delle onde sonore, motivo per cui ogni buon appassionato di fantascienza sa che i rumori nei film ambientati nello spazio sono tutti errori.

[3] https://prosopopea.wordpress.com/2013/11/13/come-sappiamo-perche-il-cielo-e-blu/

[4] si tratta di una cosiddetta base azotata: assieme ad adenina, timina e citosina, è anche una delle componenti del DNA.

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