La bussola segreta degli uccelli: come fanno a orientarsi durante le migrazioni?

Settembre è uno dei mesi più interessanti per la migrazione degli uccelli.

Con la fine dell’estate, molte specie iniziano a lasciare i territori in cui si sono riprodotte per dirigersi verso le aree di svernamento. L’Italia, al centro del Mediterraneo, è attraversata ogni anno da un grande movimento di uccelli in viaggio tra l’Europa e l’Africa.

È il periodo in cui, per esempio, le rondini intraprendono il lungo viaggio verso le zone di svernamento dell’Africa centrale e meridionale. Tra i migratori più conosciuti ci sono anche i coloratissimi gruccioni e i cuculi, che dopo la stagione riproduttiva si spostano verso l’Africa. Anche le cicogne bianche possono affrontare lunghe migrazioni verso sud, anche se una parte degli individui rimane o sverna in Europa.

Specie diversissime per dimensioni, abitudini e stile di volo. E ancora oggi, osservandoli, ci poniamo questa domanda sorprendentemente difficile:

come fanno a sapere dove andare?

Non esistono strade nel cielo e molti migratori viaggiano anche durante la notte. Alcuni giovani affrontano il primo viaggio della loro vita senza avere mai visto prima la destinazione.

Eppure riescono a seguire una direzione appropriata. Con l’esperienza, in molte specie gli adulti sviluppano inoltre capacità di navigazione più sofisticate, che permettono di raggiungere nuovamente aree già conosciute.

Non esiste un unico segreto. Gli uccelli utilizzano una combinazione di strumenti diversi.

Sole, stelle e paesaggio

Durante il giorno alcune specie possono orientarsi utilizzando la posizione del Sole, compensandone lo spostamento nel cielo grazie al proprio orologio biologico.

Di notte possono entrare in gioco le stelle. Gli esperimenti condotti dall’ornitologo Stephen Emlen negli anni Sessanta mostrarono che alcuni migratori notturni riconoscono la configurazione del cielo stellato e utilizzano le stelle vicine al polo celeste come riferimento nord-sud.

Quando attraversano territori conosciuti possono essere utili anche elementi del paesaggio, come coste, catene montuose, fiumi e vallate.

Per alcune specie anche l’olfatto può contribuire alla navigazione.

Ma gli uccelli possiedono inoltre una capacità particolarmente sorprendente: possono ricavare informazioni dal campo magnetico terrestre.

Una bussola invisibile

La Terra è circondata da un campo magnetico. La sua direzione, inclinazione e intensità cambiano a seconda della posizione geografica.

Numerosi esperimenti comportamentali hanno dimostrato che diverse specie di uccelli possono usare questo campo per orientarsi.

La loro bussola magnetica, però, non funziona esattamente come una normale bussola.

Una bussola tradizionale distingue il nord magnetico dal sud attraverso la polarità del campo. Negli uccelli studiati, invece, la bussola sembra basarsi soprattutto sull’inclinazione delle linee del campo magnetico rispetto alla superficie terrestre.

Questo permette di distinguere una direzione verso il polo da una verso l’equatore, senza utilizzare la polarità nello stesso modo dell’ago di una bussola.

Resta però una domanda importante: come può un animale percepire un campo magnetico tanto debole?

Non abbiamo ancora una risposta definitiva.

Una delle principali ipotesi conduce agli occhi degli uccelli e, sorprendentemente, alla fisica quantistica.

Una bussola quantistica… negli occhi?

Uno degli uccelli più studiati per comprendere questo misterioso senso è il pettirosso europeo (Erithacus rubecula), un piccolo migratore notturno sul quale vengono condotti esperimenti di orientamento magnetico fin dagli anni Sessanta.

Proprio nella retina del pettirosso sono stati individuati diversi tipi di criptocromi, proteine sensibili alla luce che sono oggi tra i principali candidati per spiegare la bussola magnetica degli uccelli.

Secondo una delle ipotesi più studiate sulla magnetorecezione, quando un criptocromo assorbe luce possono avvenire reazioni chimiche nelle quali si formano temporaneamente delle coppie di radicali, caratterizzate dalla presenza di elettroni spaiati.

Ed è qui che entra in gioco la fisica quantistica.

Gli elettroni possiedono una proprietà chiamata spin. Lo stato degli spin all’interno delle coppie radicaliche può essere influenzato anche da un campo magnetico debole come quello terrestre.

Questo potrebbe modificare leggermente l’esito delle reazioni chimiche che avvengono nel criptocromo.

Se tali differenze venissero poi convertite in un segnale nervoso, potrebbero fornire all’uccello informazioni sulla direzione del campo magnetico.

Tra i criptocromi studiati nel pettirosso c’è in particolare il criptocromo 4 (Cry4). Gli esperimenti condotti su questa proteina hanno mostrato proprietà compatibili con un possibile ruolo nella magnetorecezione, anche se non è ancora stato dimostrato definitivamente che sia proprio questa molecola a funzionare da sensore magnetico nell’animale.

Il cosiddetto meccanismo delle coppie radicaliche rimane quindi una delle principali spiegazioni proposte per la bussola magnetica degli uccelli, ma il percorso completo che porta dalla reazione molecolare alla percezione della direzione è ancora oggetto di ricerca.

Gli uccelli possono “vedere” il campo magnetico?

Il possibile coinvolgimento della retina ha portato a un’ipotesi particolarmente affascinante.

Se l’informazione magnetica nasce negli occhi, potrebbe essere integrata con quella visiva. Alcuni modelli prevedono quindi la formazione di uno schema che cambia in relazione all’orientamento dell’uccello rispetto al campo magnetico.

Per questo si sente talvolta dire che gli uccelli potrebbero “vedere” il campo magnetico.

L’espressione è suggestiva, ma va presa con cautela.

Non sappiamo se un uccello percepisca davvero qualcosa di simile a linee, macchie o colori sovrapposti al paesaggio. Si tratta di modelli che cercano di spiegare come un segnale magnetico legato alla retina possa essere rappresentato dal sistema nervoso.

La ricerca indica comunque un importante coinvolgimento degli occhi e delle vie visive nella bussola magnetica di alcune specie.

Ma conoscere la direzione non significa sapere dove ci si trova

Avere una bussola permette di mantenere una certa direzione.

Navigare verso un luogo preciso pone però un secondo problema: capire dove ci si trova.

Per questo gli studiosi distinguono spesso tra:

• la bussola, che fornisce informazioni sulla direzione;
• la mappa, che fornisce informazioni sulla posizione.

L’esperienza sembra avere un ruolo importante. In diversi esperimenti gli uccelli giovani alla prima migrazione tendono maggiormente a seguire programmi direzionali innati, mentre gli adulti possono utilizzare informazioni acquisite durante i viaggi precedenti e correggere più efficacemente il percorso quando vengono spostati lontano dalla loro rotta abituale.

Anche il campo magnetico terrestre potrebbe contribuire a questa sorta di mappa.

E in questo caso sembra entrare in gioco un sistema differente dalla bussola associata agli occhi.

Il nervo trigemino e il mistero della magnetite

Accanto alla possibile bussola legata agli occhi, gli uccelli sembrano possedere anche un secondo sistema capace di rilevare informazioni magnetiche.

Diversi studi indicano il coinvolgimento del nervo trigemino, che potrebbe contribuire a percepire variazioni del campo terrestre utili a costruire una sorta di “mappa magnetica”.

Una delle ipotesi propone un meccanismo basato sulla magnetite, un minerale naturalmente magnetico presente in alcuni tessuti animali. In passato alcune cellule ricche di ferro nel becco dei piccioni erano state indicate come possibili magnetorecettori, ma studi successivi hanno mostrato che molte di quelle strutture erano in realtà cellule del sistema immunitario.

Il coinvolgimento del trigemino è quindi supportato da diversi esperimenti, mentre la natura e la posizione esatte del recettore magnetico restano ancora da chiarire.

Un navigatore fatto di molti sensi

Probabilmente sarebbe sbagliato cercare un unico “sesto senso” responsabile dell’intera migrazione.

Gli uccelli sembrano piuttosto possedere un sistema di navigazione che integra segnali differenti.

Sole, stelle, luce polarizzata, elementi del paesaggio, odori e campo magnetico possono fornire informazioni complementari.

La loro importanza cambia a seconda della specie, dell’età, dell’esperienza dell’animale e delle condizioni ambientali.

E non tutte le specie migrano nello stesso modo.

In molti piccoli passeriformi la prima migrazione può dipendere fortemente da un programma innato che comprende una direzione e una durata del viaggio. Negli anni successivi l’esperienza può aggiungere nuovi riferimenti e permettere una navigazione più precisa.

Molti migratori viaggiano quando noi dormiamo

Una parte enorme della migrazione passa sopra le nostre teste senza che ce ne accorgiamo.

Molti piccoli uccelli migratori volano infatti soprattutto durante la notte.

Le condizioni atmosferiche notturne sono spesso più stabili e fresche e, per molte specie, viaggiare nelle ore buie permette di dedicare parte della giornata alla ricerca del cibo necessario per recuperare le energie consumate.

Altri gruppi adottano strategie completamente differenti.

Molti rapaci migrano durante il giorno perché possono sfruttare le correnti ascensionali, lasciandosi sollevare dall’aria calda e percorrendo poi lunghe distanze in planata con un consumo energetico relativamente ridotto.

Questo contribuisce anche alla formazione di particolari rotte migratorie e punti di concentrazione.

Quando le nostre luci entrano nella rotta

Per gli uccelli che migrano di notte esiste però un ostacolo relativamente recente: l’illuminazione artificiale.

Le luci delle città e delle grandi strutture possono attirare e disorientare i migratori notturni, modificandone i movimenti e aumentando in alcuni contesti il rischio di collisione con edifici.

Uno studio pubblicato nel 2023 su Nature Communications, basato su dati radar raccolti negli Stati Uniti, ha individuato nell’illuminazione artificiale notturna uno dei principali fattori associati alla concentrazione degli uccelli migratori nelle aree di sosta.

Non significa che ogni lampione faccia perdere completamente la rotta agli animali, ma mostra quanto profondamente l’illuminazione artificiale possa modificare l’ambiente notturno attraversato dai migratori.

È anche per questo che l’inquinamento luminoso non riguarda soltanto la possibilità per noi di osservare le stelle.

Settembre e la migrazione degli uccelli: un viaggio sopra le nostre teste

In queste settimane il cambiamento di stagione non avviene soltanto nel colore dei boschi, nella durata delle giornate o nel calo della temperatura. Avviene anche nei nostri cieli.

Rondini che lasciano i territori di nidificazione, rapaci che seguono montagne e coste e moltissimi piccoli passeriformi in movimento formano un flusso che attraversa l’Europa e il Mediterraneo.

Una parte possiamo osservarla, un’altra parte avviene durante la notte, quasi completamente invisibile.

E per compiere questi viaggi gli uccelli utilizzano capacità che stiamo ancora cercando di comprendere fino in fondo: osservano il cielo, riconoscono il paesaggio, utilizzano gli odori e riescono perfino a ricavare informazioni dal campo magnetico terrestre.

Ogni settembre, mentre gli scienziati cercano di capire nei dettagli come funzioni questo straordinario sistema di orientamento, milioni di uccelli continuano semplicemente a fare ciò che fanno da generazioni: partono.

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Fonti

• LIPU, schede delle specie Rondine (Hirundo rustica), Gruccione (Merops apiaster), Cuculo (Cuculus canorus) e Cicogna bianca (Ciconia ciconia).
• Cornell Lab of Ornithology, The Basics of Bird Migration: How, Why, When, and Where e Navigation: How Birds Find Their Way When They Migrate. Orientamento mediante Sole, stelle, campo magnetico, paesaggio e olfatto.
• Wiltschko R. & Wiltschko W. (2021), The Magnetic Compass of Birds: The Role of Cryptochrome, Frontiers in Physiology. Bussola magnetica a inclinazione, criptocromi e meccanismo delle coppie radicaliche.
• Rodgers C.T. & Hore P.J. (2009), Chemical magnetoreception in birds: the radical pair mechanism, Proceedings of the National Academy of Sciences. Meccanismo delle coppie radicaliche e sensibilità al campo magnetico terrestre.
• Wiltschko R. & Wiltschko W. (2019), Magnetoreception in birds, Journal of the Royal Society Interface. Bussola magnetica, possibile mappa magnetica e ruolo del sistema trigeminale.
• Treiber C.D. et al. (2012), Clusters of iron-rich cells in the upper beak of pigeons are macrophages not magnetosensitive neurons, Nature. Revisione dell’ipotesi dei presunti magnetorecettori ricchi di ferro nel becco.
• Horton K.G. et al. (2023), Artificial light at night is a top predictor of bird migration stopover density, Nature Communications. Relazione tra illuminazione artificiale notturna e distribuzione dei migratori durante le soste.

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