Alcune specie di uccelli marini come la berta maggiore riescono a compiere viaggi di migliaia di chilometri in mezzo al mare per trovare il cibo e poi ritornare al nido: uno studio internazionale coordinato dall’Istituto dei Sistemi Complessi (ISC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Firenze ha chiarito, con l’ausilio di modelli matematici, che il meccanismo alla base delle lunghe navigazioni è olfattivo, cioè guidato dagli odori trasportati dalla turbolenza atmosferica, indispensabile in alto mare, dove manca qualsiasi riferimento topografico. L’articolo, pubblicato su Scientific Reports, ha coinvolto anche ricercatori italiani dell’ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), portoghesi del Marine and Environmental Sciences Centre (MARE) e britannici del Rothamsted Research.
Alcune specie di uccelli marini come la berta maggiore riescono a compiere viaggi di migliaia di chilometri in mezzo al mare per trovare il cibo e poi ritornare al nido: uno studio internazionale coordinato dall’Istituto dei Sistemi Complessi (ISC) del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Firenze ha chiarito, con l’ausilio di modelli matematici, che il meccanismo alla base delle lunghe navigazioni è olfattivo, cioè guidato dagli odori trasportati dalla turbolenza atmosferica, indispensabile in alto mare, dove manca qualsiasi riferimento topografico. L’articolo, pubblicato su Scientific Reports, ha coinvolto anche ricercatori italiani dell’ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), portoghesi del Marine and Environmental Sciences Centre (MARE) e britannici del Rothamsted Research.
Arrivare a destinazione
Come fanno gli uccelli ad arrivare a destinazione durante i loro spostamenti? Quali sono i meccanismi in gioco? Stefano Focardi, ricercatore del ISC-CNR e autore dell’articolo, ha spiegato alla redazione di www.saperescienza.it: “Bisogna distinguere tra orientamento e navigazione che sono cose concettualmente diverse. Il primo significa avere una bussola che può basarsi sul Sole, le stelle oppure sul campo magnetico terrestre e questo varia a seconda delle specie. Per esempio, i migratori notturni fanno uso delle stelle e quelli diurni del Sole. La navigazione, invece, differisce dall’orientamento: significa determinare la posizione del punto di arrivo rispetto alla posizione in cui siamo, adoperando un qualche tipo di ‘mappa’. A parte l’uso di punti di riferimento – chiamato pilotaggio – che è comune a molte specie, la sola navigazione mediante una mappa che sia stata dimostrata negli uccelli con sicurezza è la mappa olfattiva. Studiata inizialmente nel piccione viaggiatore, ora vi sono prove della sua esistenza anche in varie specie di uccelli marini i quali non possono usare il pilotaggio, considerando che l’oceano manca di punti di riferimento”. Procedendo per analogie con la nostra quotidianità, potremmo pensare a quando consultiamo Google Maps: in quel caso il nostro smartphone utilizza il GPS (Global Positioning System) per sapere dove siamo e poi calcola la rotta migliore per riportarci a casa, basandosi su una mappa che scarica dalla rete. Succede, a volte, che il navigatore di Google perda la strada o perché il segnale GPS è assente o perché non c’è un collegamento GSM (Global System for Mobile communication). La mappa olfattiva funziona in maniera simile: in alcune zone il vento porta l’odore giusto e gli uccelli sanno dove si trovano (usano poi il Sole per orientarsi verso la colonia); in alcuni tratti, a causa della turbolenza, perdono il segnale e devono cercarlo di nuovo.
Turbolenza atmosferica e modelli matematici
Cos’è esattamente una turbolenza atmosferica? È definita come il movimento parzialmente disordinato dell’aria a causa del vento e delle differenze di temperatura. In uno studio del 2014, “Odor Landscapes in Turbulent Environments”, pubblicato su Physical Review X, è presente un’immagine grazie alla quale è possibile visualizzare con chiarezza cosa sia la turbolenza atmosferica che trasporta due tipi di odori.
Immagine tratta da Antonio Celani, Emmanuel Villermaux, and Massimo Vergassola, Odor Landscapes in Turbulent Environments Phys. Rev. X 4, 041015, October 2014 DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.4.041015
Focardi ha illustrato: “Se si suppone che i colori verde e giallo siano gli odori che danno informazioni sulla posizione di casa, vedrete che ci sono zone in cui l’odore è molto più concentrato che in altre. Nelle zone colorate l’uccello sa, dalla sua precedente esperienza, che la colonia sarà a est, ovest e così via, e si dirigerà verso di essa. Nelle zone nere dovrà vagare finché non ritrova il suo odore”. E il modello matematico descritto nell’articolo di Scientific Reports? “La figura 1 del lavoro fornisce un’idea del modello. Una cosa che è sempre difficile spiegare è che la navigazione olfattiva è ben diversa dalla chemiotassi. La chemiotassi è il fenomeno per cui alcuni organismi risalgono un gradiente odoroso fino alla sua sorgente (per esempio un ferormone sessuale ci porta a trovare un partner). Nella navigazione, invece, l’uccello associa a un bouquet di odori una direzione di provenienza. Quando si troverà in presenza di quel determinato bouquet, saprà in che direzione muoversi”.
Immagine tratta da Milo Abolaffio, Andy M. Reynolds, Jacopo G. Cecere, Vitor H. Paiva & Stefano Focardi , Olfactory-cued navigation in shearwaters: linking movement patterns to mechanisms, Scientific Reports, volume 8, Article number: 11590 (2018) https://doi.org/10.1038/s41598-018-29919-0
Nello schema riportato la linea rossa segna la concentrazione al di sopra della quale l’animale è in grado di percepire l’odore e quindi sa che direzione prendere. I tempi τ(doppia freccia) sono quelli in cui è in contatto con l’odore. Intuitivamente, se lo stimolo olfattivo fosse sempre presente, l’uccello manterrebbe la direzione di casa in maniera costante e volerebbe in linea retta. Ciò non accade come abbiamo visto grazie ai dati sul movimento degli animali, traiettorie registrate da un GPS posto sul loro dorso. In particolare è stato analizzato e confrontato il volo di cinque popolazioni di berta maggiore appartenenti a tre specie differenti (Calonectris diomedea, Calonectris borealis e Calonectris edwardsii), in acque sia atlantiche sia mediterranee.
Studiare la navigazione per assicurare il benessere degli uccelli
Lo studio sperimentale sui movimenti delle berte è stato finanziato nel quadro di attività relative alla conservazione di queste specie, per esempio per determinare quali siano le Important Bird Areas, cioè le zone in cui si alimentano o che rivestono un ruolo significativo nel loro ciclo vitale. Sarebbe necessario proteggere le colonie ma, ovviamente, l’attuale diminuzione del piccolo pesce azzurro di cui si cibano comporta un impatto sulle popolazioni. Risulta fondamentale, quindi, che i loro spostamenti siano monitorati con regolarità. “Questo inedito approccio, poco invasivo – ha concluso Focardi – apre la possibilità di estendere l’analisi della navigazione olfattiva ad altre specie di uccelli, in diverse situazioni ambientali e consente di indagare numeri molto grandi di uccelli causando loro un disturbo minimo e tutelandone il benessere”.
Immagine di copertina: un esemplare di Calonectris borealis. Credits: Martina Nolte con licenza CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons
