Gli artropodi crescono per muta: secernono un nuovo esoscheletro sotto il vecchio, si liberano del vecchio scheletro, si gonfiano fino a raggiungere dimensioni maggiori, e aspettano che il nuovo scheletro si indurisca1,2,3. I crostacei acquatici si gonfiano fino a raggiungere dimensioni maggiori usando l’acqua; tuttavia, come molti insetti4,5,6,7, il granchio di terra G. lateralis gonfia il suo intestino anteriore con il gas8,9. I granchi di recente muta rimangono morbidi per diversi giorni prima che il nuovo scheletro si indurisca a sufficienza per sostenere le forze della contrazione muscolare. Tuttavia, né i granchi acquatici né quelli terrestri sono inabili durante questo periodo.
Il granchio blu acquatico Callinectes sapidus mantiene la mobilità passando a uno scheletro idrostatico10 – uno scheletro basato sui fluidi che è comune negli invertebrati a corpo molle11. Gli scheletri idrostatici sono disposti in modo che la forza della contrazione muscolare sia trasmessa da un fluido acquoso essenzialmente incomprimibile11,12,13. La contrazione muscolare aumenta la pressione nel fluido, causando le deformazioni o l’irrigidimento necessari per il supporto, il movimento e la locomozione.
Abbiamo studiato la possibilità che l’acqua e l’aria utilizzati da G. lateralis per il gonfiaggio potrebbero entrambi fornire una forma di supporto scheletrico idrostatico, un pneumo-idrostato, dopo la muta. In primo luogo, abbiamo misurato simultaneamente la pressione all’interno del chelipede (artiglio) e la forza di flessione del chelipede. Abbiamo osservato una forte correlazione tra la forza e la pressione in granchi morbidi, appena muta, ma non in granchi induriti, coerente con il supporto scheletrico idrostatico dopo la muta (Fig. 1a).
a, Registrazioni effettuate 12 ore (senza esoscheletro; due tracce in alto) e 7 d (con nuovo esoscheletro; due tracce in basso) dopo la muta. La pressione è correlata alla forza nel granchio morbido ma non in quello duro. Per ogni coppia di tracce, la parte superiore mostra la pressione (Pa, pascal) e la parte inferiore mostra la forza (N, newton). b, Pressione all’interno del chelipede (chela; traccia nera) e dell’intestino (traccia grigia) di un granchio morbido, appena muta. I picchi di pressione nell’intestino e la pressione di base sono correlati a quelli nel chelipede. Inset, vista espansa della traccia boxed. c, pressione media nel chelipede (barre blu) e intestino (barre rosse) prima (pressione iniziale) e dopo (pressione finale) la rimozione di aria dall’intestino. Le barre di errore rappresentano l’errore standard.
Abbiamo poi misurato simultaneamente la pressione all’interno del chelipede e l’intestino durante la flessione cheliped. (Nei granchi di recente muta, c’era una forte correlazione tra la pressione nel chelipede e nell’intestino durante la flessione del chelipede (Fig. 1b). Le pressioni medie di base non erano significativamente diverse (cheliped: 3.792 pascal (Pa), s.d.=1.029 Pa, n=7; intestino: 2.737 Pa, s.d.=1.329 Pa, n=7; t-test, P=0.12). Anche le pressioni massime medie durante la flessione del chelipede non erano significativamente diverse (chelipede: 808 Pa, s.d.=563 Pa, n=14; intestino: 1.088 Pa, s.d.=510 Pa, n=14; t-test, P=0,18). Questi risultati erano come previsto, perché il corpo non è compartimentato e quindi la contrazione muscolare locale aumenta la pressione dell’emolinfa in tutto il corpo del granchio. Poiché la parete dell’intestino è flessibile, questo si traduce in un aumento della pressione anche nell’intestino.
Abbiamo dimostrato che un granchio terrestre può utilizzare un gas comprimibile insieme a un liquido incomprimibile per fornire supporto scheletrico. Questo scheletro gas-liquido rappresenta una nuova categoria di scheletro idrostatico. La dipendenza dal gas da parte di un artropode terrestre può essere più di un adattamento derivante dalla bassa disponibilità di acqua: può anche essere un adattamento biomeccanico alle maggiori forze gravitazionali associate alla vita sulla terraferma.