La medusa robotica bioibrida che ispirerà i veicoli sottomarini del futuro ci mostra come applicare un’etica rigorosa alla sperimentazione animale

In un grande acquario protetto dal buio di un laboratorio fantascientifico, le meduse quadrifoglio della professoressa Nicole Xu si librano nell’acqua illuminata dal neon. Alcune di quelle meduse hanno già conosciuto gli elettrodi che possono trasformarle in veicoli sottomarini bioibridi: il team di Xu, che studia questi animali da anni, ha sviluppato un dispositivo microelettronico in grado di attivare i loro muscoli natatori, guidandole verso le profondità inesplorate dell’oceano.

Le meduse cyborg coinvolte nei test non sembrano mostrare alcun segno di sofferenza, eppure i ricercatori hanno deciso di affrontare le questioni etiche legate alla ricerca con uno studio molto dettagliato, che prende in considerazione il possibile impatto degli esperimenti sui singoli individui, sulla specie e sull’ecosistema marino.

Meduse robotiche per studiare le profondità marine

Misurare i cambiamenti in atto nell’oceano è essenziale per comprendere l’impatto delle attività umane sugli equilibri che sostengono la vita sulla Terra. L’oceano, però, è un dominio sterminato e profondo, e molte sue regioni sono impossibili da raggiungere senza attrezzature dal costo proibitivo. Perciò gli scienziati stanno cercando delle soluzioni alternative per riuscire ad avvicinarsi a queste profondità perlopiù ancora sconosciute.

Nicole Xu, ingegnere della University of Colorado Boulder, studia le meduse quadrifoglio (Aurelia aurita) da oltre dieci anni: questi invertebrati preistorici, che possono nuotare a profondità incredibili, sono gli animali più efficienti del pianeta. E, secondo Xu, potrebbero essere di grande aiuto nell’esplorazione delle acque profonde. Così, circa cinque anni fa, Xu ha testato le prime meduse robotiche biobride guidandole in acque oceaniche poco profonde al largo della costa di Woods Hole, nel Massachusetts.

Il movimento degli animali viene controllato da dispositivi microelettronici dotati di elettrodi che attivano i muscoli natatori delle meduse, attaccati alla medusa con uno spillo di legno:

“Pensate al nostro dispositivo come a un pacemaker cardiaco: stimoliamo i muscoli natatori provocando contrazioni e spingendo gli animali verso una certa direzione”,

spiega la professoressa del Dipartimento di Ingegneria Meccanica Paul M. Rady. In futuro, poi, si potranno aggiungere sensori in grado di raccogliere dati critici su temperatura, pH e altri parametri ambientali.

Un’ispirazione per i veicoli sottomarini del futuro

Al di là della ricerca oceanica e climatica, secondo Xu possiamo trarre grande ispirazione dalle meduse:

“C’è davvero qualcosa di speciale nel modo in cui nuotano le meduse quadrifoglio. Vogliamo sfruttarlo per creare veicoli sottomarini di nuova generazione più efficienti dal punto di vista energetico”,

spiega. Oggi, l’ingegnere della CU Boulder dedica gran parte del proprio tempo a studiare il movimento delle Aurelia aurita: alla fine del mese scorso, insieme al ricercatore associato Yunxing Su e alla studentessa laureata Mija Jovchevska, ha pubblicato uno studio in cui si testa l’utilizzo di particelle biodegradabili nelle vasche delle meduse in sostituzione dei traccianti sintetici per osservare i modelli di flusso sott’acqua. Particelle biodegradabili come l’amido di mais, spiega, potrebbero essere alternative più sostenibili, più economiche e meno tossiche.

Meduse cyborg: la questione etica

L’idea di “telecomandare” delle meduse con degli elettrodi, appuntando un piccolo dispositivo elettronico sul loro corpo con una sorta di spillo, fa inevitabilmente sorgere diverse questioni etiche sullo sfruttamento degli animali a scopo scientifico. Le meduse non hanno nocicettori, ovvero recettori sensoriali in grado di rilevare stimoli potenzialmente dannosi, eppure, secondo Xu, c’è ancora molto da imparare sull’etica dello studio degli invertebrati: un tempo si credeva che non provassero dolore, ma è sempre più chiaro che alcuni reagiscano a stimoli avversivi come il dolore fisico.

I ricercatori affrontano la delicata questione in uno studio pubblicato all’inizio di quest’anno. Bisogna agire come se gli animali sentissero dolore, spiegano gli scienziati, riducendo al massimo la possibilità di arrecargli danno. In assenza di un’evidenza chiara di sofferenza, si legge nella ricerca, è necessario monitorare indicatori come i marcatori di stress e le risposte di fuga.

Nel caso delle meduse quadrifoglio, il marcatore di stress più evidente è la secrezione di muco. A volte, spiega Xu, le meduse smettono anche di riprodursi. Gli animali che vivono negli enormi acquari del laboratorio di Xu non hanno mostrato alcun segno del genere: l’interno delle vasche è ricoperto di piccoli polipi – meduse delle dimensioni di una capocchia di spillo i cui tentacoli stanno appena iniziando a formarsi.

“È nostra responsabilità, come ricercatori, considerare queste preoccupazioni etiche fin dall’inizio. Ma per quanto ne sappiamo, le meduse stanno bene e prosperano”,

spiega la professoressa.

Etica delle meduse bioibride: l’impatto ambientale

L’etica delle meduse cyborg va considerata su diversi livelli: oltre ad essere individui, questi animali sono parte di una specie e, guardando più in grande, di un ecosistema. Va quindi considerato anche il potenziale impatto di questo lavoro di ricerca sull’ambiente e sull’equilibrio della specie. Il team di Xu si è interrogato a fondo su questi temi, e ha verificato che l’uso di questi animali nei test – guidato dai principi etici esposti nello studio pubblicato su Bioinspiration & Biomimetics – non comporta conseguenze sulla loro longevità e sulla loro capacità di riprodursi.

Modificare le meduse può avere anche un certo impatto ambientale, a cominciare dalla dispersione di plastica e rifiuti elettronici che potrebbero essere ingeriti da altri animali marini. Certo è che le meduse bioibride, in caso di incidenti, genererebbero una quantità di rifiuti molto minore rispetto a qualunque veicolo sottomarino in grado di spingersi a quelle profondità.

Quanto alle possibili conseguenze sugli ecosistemi, bisogna considerare due dati fondamentali: innanzitutto, gli esperimenti coinvolgono pochissimi animali, per un periodo limitato di tempo; in secondo luogo, Aurelia aurita è una specie invasiva le cui popolazioni non danno alcun segno di sofferenza.

“Ipotizziamo che le meduse robotiche bioibride possano rilevare e prevenire lo sbiancamento dei coralli: questo beneficio per l’ambiente sarebbe superiore al sacrificio di un piccolo numero di meduse o di animali marini che le ingeriscono?”

si chiedono i ricercatori. E poi c’è da considerare il potenziale risparmio di energia nelle operazioni subacquee, che potrebbe condurre a missioni sottomarine più lunghe e frequenti. C’è ancora molto da indagare. Nel frattempo, per ridurre al minimo il numero di animali necessari per questi esperimenti, i ricercatori hanno sviluppato un modello teorico dell’idrodinamica delle meduse che, almeno negli studi futuri sui veicoli sottomarini next-gen, potrebbe arrivare a sostituire molti animali.

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