Foglie sparse | Uccelli, migrazioni e fisica quantistica
Buona domenica!
Sarò sincera con te: questa settimana tra temperature proibitive, vaccinazioni, idee poco centrate e impegni vari ed eventuali, temevo di non riuscire a inviare in tempo questa newsletter. E invece eccomi qui grazie a un'illuminazione.
Scrollando scrollando su Instagram, ho incrociato la copertina del nuovo numero di Nature. Uccelli, migrazioni e fisica quantistica: cosa chiedere di più?
Sì, viaggiare
Prima che la tecnologia si facesse spazio nelle nostre rotte - e il GPS impigrisse il nostro cervello - erano due gli oggetti imprescindibili da portare con sé durante un viaggio: una bussola e una mappa. Gli animali che migrano, in questo caso gli uccelli, hanno la medesima necessità ma la soddisfano con mezzi diversi.
Quello che possiamo definire il sistema "mappa e bussola" è per loro composto di più fonti di informazioni: il sole, le stelle, i tratti del paesaggio (anche le infrastrutture create dall'uomo), le condizioni atmosferiche... e i campi magnetici.
La magnetorecezione è la capacità di percepire il campo magnetico terrestre e usare questa informazione proprio come una bussola, per determinare la propria orientazione nello spazio. Gli uccelli - ma anche le tartarughe marine, i pesci, i crostacei e gli insetti - possono affidarsi a questa abilità per navigare su corte e lunghe distanze. E quale sarebbe l'organo, il tessuto, la molecola, lo "strumento" che raccoglie dati sul campo magnetico terrestre? Bhe, questo è il mistero su cui stanno lavorando da decenni gli scienziati.
Tra le molte ipotesi, due sono state le più quotate: la presenza di cristalli di magnetite (un ossido di ferro) nascosti da qualche parte nel corpo degli animali oppure la sensibilità magnetica di una proteina presente nella retina, chiamata criptocromo. Sembra che le due spiegazioni non si escludano l'una con l'altra: gli uccelli migratori potrebbero possedere entrambi i meccanismi e usare la magnetite per creare una "mappa magnetica", associando delle caratteristiche magnetiche a una data posizione sulla superficie terrestre, e i criptocromi come "bussola magnetica", per sentire la propria direzione in relazione al nord magnetico.
Però, c'è un però: fino a ora mancavano prove che dimostrassero la sensibilità magnetica e le proprietà fisiche per rilevare il campo magnetico terrestre nei criptocromi.
E i pettirossi?
Il pettirosso (Erithacus rubecula) è un migratore: nidifica per lo più in Europa nord-occidentale e sverna nel bacino mediterraneo. Finito l'inverno, la maggior parte dei pettirossi riparte verso nord per nidificare e molti altri restano, ad esempio proprio qui in Italia. E già, alcuni di loro diventano addirittura stanziali.
Già negli anni Sessanta del Novecento, gli scienziati iniziarono a comprendere che gli uccelli possedevano una bussola in grado di rispondere al campo magnetico terrestre e che quindi li aiutava a navigare durante le migrazioni. Alcuni degli esperimenti legati a questo tema di ricerca furono svolti proprio sui pettirossi in cattività: degli esemplari vennero tenuti in camere isolate da qualsiasi interferenza ambientale esterna e, durante quel periodo chiamato Zugunruhe - una sorta di irrequietezza che si presenta negli uccelli tenuti in gabbia nel periodo della migrazione -, sembravano voler fuggire proprio verso sud, la direzione del loro viaggio. I ricercatori, quindi, posizionarono intorno alle gabbie delle bobine elettromagnetiche e, a quel punto, gli uccelli apparvero confusi e modificarono la propria direzione.
I pettirossi avevano mostrato di essere sensibili ai campi magnetici ma il meccanismo legato a questa capacità è rimasto sconosciuto per molto tempo.
Una bussola quantistica nascosta nella retina
L'articolo pubblicato su Nature conferma, almeno in vitro (quindi nel processo ricreato in laboratorio), che i criptocromi presenti nella retina dei pettirossi, assorbendo dei fotoni di determinate lunghezza d'onda (non so essere più specifica al momento, si parla di luce blu), si eccitano formando dei prodotti intermedi della reazione fotochimica che di fatto avviene, i quali sono sensibili ai campi magnetici.
Sì, ok, tutto bellissimo, ma cosa significa il titolo che campeggia a caratteri cubitali in copertina, "QUANTUM COMPASS", bussola quantistica? La sensibilità ai campi magnetici del criptocromo CRY4, oggetto di studio, dipende dalla configurazione elettronica acquisita dopo essere stato eccitato dalla luce blu. La configurazione elettronica, in meccanica quantistica, è la descrizione della disposizione degli elettroni intorno al nucleo di uno o più atomi, descrizione che passa attraverso grandezze quantistiche tra cui lo spin, a cui è associato un momento magnetico. A seconda della disposizione degli elettroni descritta dallo spin, una particella - in determinate condizioni - potrà comportarsi proprio come un piccolissimo ago di una bussola, sensibile alla presenza di un campo magnetico esterno.
L'enigma della magnetorecezione, in realtà, non è del tutto svelato: i ricercatori dovranno dimostrare che la reazione riportata nell'articolo avviene anche in vivo, cioè nell'organismo vivente. Insomma, la strada è ancora lunga ma un passo avanti sembra essere stato compiuto.
Qualcosa da...
... leggere (se ti piacciono gli uccelli)
Lasciamo la fisica quantistica per passare ad argomenti più leggeri, anzi leggerissimi (ok, ok, un po' demenziale e inflazionata, ma la citazione della canzone di Colapesce e Di Martino desideravo scriverla anche io almeno una volta). Si parla delle molteplici sfaccettature dell'intelligenza degli uccelli in "Il genio degli uccelli", libro scritto dalla giornalista scientifica Jennifer Ackerman e pubblicato in Italia, nel 2018, per le edizioni La nave di Teseo.
Il genio degli uccelli | La Nave di Teseo — www.lanavediteseo.eu Se dovessimo dividere il mondo animale fra intelligenti e non, dovremmo inserire gli uccelli fra i “geni”. Per decenni invece se ne è scritto come di animali guidati solo dall’istinto, dotati di un cervello primitivo, capace dei più elementari processi mentali. Ma non è così. Recentemente la scienza ha scoperto che gli uccelli sono molto, …
... leggere (se vuoi approfondire il fenomeno delle migrazioni animali)
Se desideri conoscere meglio le migrazioni nel mondo animale, ti consiglio "Senza Confini" (Codice edizioni, 2019) di Francesca Buoninconti, naturalista, divulgatrice e voce di Radio3Scienza.
"Senza confini" di Francesca Buoninconti in libreria per Codice — www.codiceedizioni.it "Senza confini" di Francesca Buoninconti: le straordinarie storie degli animali migratori. In libreria per Codice Edizioni
... da guardare
Gli uccelli non sono solo grandi navigatori ma anche bravissimi architetti (e arredatori di interni). Nel primo video c'è una cinciarella (Cyanistes caeruleus) che rende più adatto alla cova l'interno di una cassetta di nidificazione.
Nel secondo (clicca sull'immagine per vedere il video su Instagram), c'è un tessitore del Capo (Ploceus capensis) che costruisce, intessendolo nel vero senso della parola, il suo nido.
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Alessia