Agrumi e paraurti

Una cosa che ho imparato dal mio lavoro è che le piante lampeggiano di ispirazioni letteralmente sotto ai nostri occhi, se ci abituiamo a interpretare nozioni e fenomeni come piste da esplorare e da contemplare come nature morte. Non sempre poi è necessario prestare attenzione a piante esotiche o ambienti remoti, come è mi capitato il giorno in cui il mio pranzo-arancia, per via di un mio movimento maldestro, è rotolato giù dal tavolo. A differenza della mela del giorno prima, la caduta e l’urto sul pavimento non avevano sortito conseguenze visibili nel frutto e la cosa mi aveva incuriosito. Nessuna ammaccatura, nessun crac, nessuno spargimento di succhi nonostante il colpo secco sul marmo. 10414634_10205065167818842_5656559712676369192_nForse per evitare di essere mangiata, non appena riportata sul tavolo l’arancia iniziò a decantare le lodi dell’illustrazione alle mie spalle, che descriveva le similitudini tra l’abbinamento guscio-gheriglio in una noce e quello cranio-cervello nell’uomo. “Anche io non me la cavo male in quanto a elmetti”, mi disse “E forse posso insegnarti qualcosa che non sai su mio cugino Pomelo: so di cosa ti occupi qui dentro”. L’ora di pranzo era ancora lontana, l’agenda era snella e quindi mi misi di buon grado ad ascoltare il suo racconto, che partì con una sommaria descrizione del cugino.

Citrus maxima, altrimenti noto come pomelo, è tra gli agrumi quello con i frutti più grossi e pesanti, capaci di raggiungere e superare gli 8 chilogrammi e portati su rami ad oltre 10 metri d’altezza, in piante non soggette a potatura. Come tutti gli esperidi, vero nome del frutto degli agrumi, anche quello del pomelo è racchiuso da una buccia divisa in due zone distinte, la flavedo sottile, colorata, compatta e ricca di ghiandole contenenti essenza profumata e l’albedo spugnosa, biancastra e amara. La flavedo forma la superficie esterna, mentre all’interno dell’albedo è custodita la polpa commestibile, divisa in spicchi e contenente i semi. Nel caso del pomelo, l’albedo con oltre 3 cm di spessore è ben più estesa della flavedo e la differenza è notevole anche a livello microscopico: le cellule della flavedo sono isodiametriche e senza spazi vuoti tra una e l’altra, mentre quelle dell’albedo hanno forma irregolare, allungata e divisa in ramificazioni che creano ampi spazi intercellulari vuoti. Il tessuto è inoltre attraversato da numerosi fasci più rigidi, che conferiscono consistenza e aspetto di una schiuma compatta inserita in un telaio semirigido. La mia prova newtoniana casuale aveva svelato il ruolo biologico dell’albedo, ovvero la protezione dell’interno del frutto dagli urti con un sistema viscoelastico di ammortizzazione, calibrato sul peso dell’esperidio e sull’energia cinetica che questo acquisisce cadendo dall’albero. Un frutto così pesante potrebbe spaccarsi una volta giunto al suolo, e pertanto la selezione naturale ha favorito la formazione di uno strato con le proprietà biomeccaniche ideali per assorbire lo shock. La buccia in particolare dissipa l’energia cinetica compattandosi, evitando che il frutto al suo interno si danneggi diventando inappetibile per gli animali o preda delle muffe prima del tempo debito. Questo rappresenta un vantaggio, perché da rotto esso noCitrus_grandis_-_Honey_Whiten potrebbe assolvere uno dei suoi ruoli fondamentali: depositare i semi in un posto lontano dalla pianta madre. “Se cadendo mi fossi danneggiata lei non mi avrebbe scelto, probabilmente avrei iniziato a marcire troppo presto e il mio scopo di propagare la specie non sarebbe stato soddisfatto. Anche io, che sono qui, vorrei proprio farmi mangiare da lei per portare a termine il mio compito naturale”, disse l’arancia lasciando intendere che non avrei dovuto rinunciare al mio salutare pranzo.

Mi spiegò che un fenomeno simile si nota anche in un altro cugino -il pompelmo- e in alcune varietà commerciali di arancia, ma in quel caso non possiamo dire si tratti di una soluzione ben affinata dell’evoluzione, per via della loro ormai millenaria manipolazione genetica da parte dell’uomo. Citrus maxima è invece, con C. medica (cedro) e C. reticulata (mandarino) uno dei pochi agrumi originari da cui l’uomo ha derivato per ibridazione tutte le varietà attualmente coltivate. “Ad esempio, io sono il risultato di una serie di incroci tra il pomelo e il mandarino, mentre il pompelmo è un ibrido tra il pomelo e un altro ibrido di arancia” confermò il mio pranzo dal tavolo. “Per voi uomini, che selezionate le piante in funzione della parte commestibile, l’albedo è un tedio e gradite di più i frutti con più polpa e meno buccia, ma in natura le cose stanno diversamente e i frutti cadono nei boschi. Per onestà intellettuale quindi le racconto del cugino pomelo e non di me stessa, perché solo per lui genetica e strutture sono definite dalla selezione naturale, senza confusioni dovute all’addomesticazione”.

ResearchBlogging.orgQuando i poderosi frutti di C. maxima sono maturi e cadono al suolo, ruotano e colpiscono i rami e per questo l’ammortizzatore è diffuso su tutta la superficie anziché concentrato su un unico lato. Al tempo stesso però la composizione interna dell’albedo non è uniforme e alterna spazi vuoti deformabili a spazi pieni di liquido cellulare che agiscono come montanti dell’intera struttura. Grossolanamente, l’assorbimento di energia meccanica si divide in genere in tre fasi: una lineare elastica in cui l’energia assorbita non deforma la struttura, un plateau e una fase in cui l’energia deforma la struttura fino a che questa non regge più e scarica energia sul contenuto interno. Nel caso del pomelo e a differenza dei materiali assorbenti classici, le prime due fasi sono assenti e tutto il carico è attenuato dalla deformazione della buccia però senza giungere mai, alle condizioni del frutto che cade nel bosco, al punto di non ritorno. In termini numerici, l’albedo del pomelo è in grado di dissipare circa il 70-90% dell’energia cinetica acquisita durante la caduta, reggendo sollecitazioni pari a 80 J senza conseguenze per il frutto. In particolare, l’efficacia dell’albedo è ottenuta ottimizzando geometria della struttura anziché ricorrendo a materiali assorbenti. Per evitare l’esplosione del frutto, la geometria dell’albedo varia gradualmente mano a mano che ci si sposta verso l’interno, con un gradiente di densità causato dall’aumento in numero e diametro degli spazi vuoti tra una cellula e l’altra. Tutto lo spessore è attraversato da una rete di fasci più rigidi, orientati perpendicolarmente alla superficie esterna del frutto e ramificati secondo uno schema ben preciso: una biforcazione ogni 16,5% dello spessore totale della buccia, che porta a un loro aumento esponenziale tra l’interno e l’esterno dell’albedo. Per urti come le cadute da un ramo, tutto l’assorbimento è a carico degli spazi vuoti, ma questi non devono essere né troppi – perché altrimenti l’energia è trasferita alla polpa che potrebbe rompersi- nè troppo pochi perché non ci sarebbe equilibrio con l’energia necessaria alla costruzione.

Quello che offre la soluzione del pomelo, più che il concetto già noto di schiuma assorbente, è infatti la possibilità di dedurne un modello che già incorpori le giuste proporzioni tra spazi pieni e vuoti e i giusti pesi tra essi e i montanti. La geometria e la composizione dell’albedo di pomelo potrebbero fornire un modello matematico con cui progettare barriere multistrato per paraurti, generando caso per caso il rapporto ideale tra energia dell’urto, capacità assorbente, leggerezza e quantità di materiale necessario per costruirla, senza dover fare i conti da zero. Un’ipotesi di imitazione delle soluzioni naturali che poteva tornare utile qualora si fosse presentato nell’agenzia Erba Volant un produttore di caschi, paraurti o altri sistemi analoghi.

Ora che le ho fatto anche questo favore, per cortesia mi mangia e mette i miei semi in un vaso?”.

Thielen, M., Speck, T., & Seidel, R. (2013). Viscoelasticity and compaction behaviour of the foam-like pomelo (Citrus maxima) peel Journal of Materials Science, 48 (9), 3469-3478 DOI: 10.1007/s10853-013-7137-8

Thielen M, Schmitt CN, Eckert S, Speck T, & Seidel R (2013). Structure-function relationship of the foam-like pomelo peel (Citrus maxima)-an inspiration for the development of biomimetic damping materials with high energy dissipation. Bioinspiration & biomimetics, 8 (2) PMID: 23648799

2 thoughts on “Agrumi e paraurti

  1. Robo ha detto:

    Bello. Mi hanno sempre affascinato gli agrumi per la loro natura così “promiscua”. Sai dirmi se aranci e mandarini giapponesi sono variazioni sul nostro tema o hanno avuto storie totalmente diverse? Ciao e grazie.

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