navigazione animale

navigazióne animale Insieme di capacità che permettono a un animale di raggiungere una meta definita e circoscritta nello spazio, anche se relativamente lontana, quando questa non è già individuabile (cioè semplicemente percepibile) alla partenza mediante un contatto sensoriale diretto.

Abstract di approfondimento da Navigazione animale di Floriano Papi (Enciclopedia della Scienza e della Tecnica)

Bussole e mappe per la navigazione

La navigazione animale presuppone un processo attivo di elaborazione di informazioni di varia origine, cui seguono scelte direzionali. Queste sono basate sulla capacità di determinare le direzioni geografiche, per mezzo delle cosiddette bussole biologiche, e sul possesso di rappresentazioni mentali, le mappe cognitive, relative ad aree più o meno estese. Tra gli animali è molto comune un meccanismo di orientamento attraverso il Sole che va sotto il nome di ‘bussola solare’. L’animale, per prendere una direzione determinata, assume un angolo di orientamento con l’astro, e poiché la posizione del Sole varia nel corso del giorno, l’animale deve conoscerne la posizione rispetto alle direzioni cardinali alle varie ore del giorno. L’informazione dell’ora gli viene fornita da un ritmo biologico circadiano, detto orologio biologico, sincronizzato in base all’alternanza giorno-notte. Un’apparente complicazione è rappresentata dal fatto che l’animale non si orienta rispetto alla posizione del Sole in cielo, ma rispetto alla sua proiezione sull’orizzonte, cioè al suo azimut. L’azimut solare però varia con velocità diversa a seconda dell’ora del giorno, della stagione e della latitudine. Si noti, per esempio, che nella fig. 3 il tempo impiegato dall’azimut del Sole per passare da A¹ a A² è uguale a quello da A² ad A³ e quindi che la sua velocità di variazione è stata diversa nei due tratti. Ancora poco conosciuto è il processo che permette agli animali di tener conto delle variazioni della velocità con cui varia l’azimut solare.

Un’ulteriore fonte di calibrazione della bussola solare rispetto ai punti cardinali è fornita dalla capacità di molte specie animali (come Uccelli, api e formiche) di percepire la percentuale di polarizzazione e l’orientamento del piano di polarizzazione della luce proveniente dalla volta celeste. Infatti, questi parametri variano regolarmente e simmetricamente nel cielo, a partire dalla posizione del Sole, il quale determina due emicalotte simmetriche di luce polarizzata, separate dal meridiano e dall’antimeridiano solare, e quindi dall’azimut del Sole. Questo fatto è esemplificato nella fig. 4, che contiene una rappresentazione schematica della polarizzazione della luce nella volta celeste. La direzione di polarizzazione è fornita dalla direzione delle barre che sono disposte concentricamente rispetto al Sole, rappresentato a un’altezza di 24° sull’orizzonte. In alcune specie di Passeriformi è stata provata l’esistenza di un meccanismo di orientamento, probabilmente molto diffuso tra gli Uccelli che migrano di notte, basato sulle stelle, che ha preso il nome di ‘bussola stellare’. La dimostrazione della capacità di orientamento stellare è relativamente agevole perché questi animali, anche se chiusi in gabbie circolari, nelle notti serene tentano di fuggire nella direzione di migrazione; se vengono studiati in un planetario, invece che sotto il cielo stellato, la direzione dei tentativi di fuga può essere fatta variare a piacere, ruotando la volta stellata. L’orientamento stellare appare basato sul riconoscimento delle costellazioni, e in particolare di quelle circumpolari. Il fringillide nordamericano Passerina cyanea rimane ben orientato nel planetario, anche se singole stelle, compresa quella polare, vengono oscurate. Se però vengono ‘spente’ sia la stella polare sia le stelle che si trovano a meno di 35° da essa, allora gli uccelli sono incapaci di orientarsi. Gli esperimenti con il planetario sono serviti anche a dimostrare che la configurazione delle costellazioni e la loro disposizione intorno al Polo Nord celeste viene appresa, nelle prime settimane di vita, attraverso l’osservazione dell’apparente rotazione della volta celeste. Uccelli tenuti fin dalla nascita in un planetario con le stelle in rotazione imparano che la direzione nord è indicata dalla stella intorno a cui ruotano le costellazioni, qualunque essa sia; se, invece, le stelle del planetario restano immobili, essi non imparano a orientarsi.

Il campo magnetico terrestre costituisce una sorgente d’informazione direzionale per molti animali. Quando in laboratorio la manipolazione sperimentale del campo magnetico induce variazioni prevedibili dell’orientamento di un animale, se ne deduce che l’animale in esame è in grado di stabilire l’orientamento del campo magnetico ed è lecito affermare che possiede un equivalente biologico della bussola magnetica. In molti altri casi la capacità di orientamento magnetico è solamente sospettata per il fatto che gli animali possono mantenere una rotta costante anche in apparente assenza di altri fattori orientanti, come nel caso degli Uccelli migratori notturni che continuano a volare nella direzione corretta sotto una spessa coltre di nubi. Gli esperimenti più significativi sull’orientamento magnetico sono stati condotti in laboratorio, su Passeriformi che migrano di notte. L’osservazione prolungata di molti esemplari, tenuti in gabbie circolari e privati di altri riferimenti visivi, consente di stabilire la direzione statisticamente preferita con un’approssimazione accettabile e di constatare gli effetti indotti dalle manipolazioni del campo magnetico. Nella maggior parte dei casi la bussola biologica risulta funzionare come una bussola a inclinazione. L’animale infatti non appare capace di distinguere il senso delle linee di forza del campo magnetico (che siamo soliti rappresentare con un vettore), ma solo la loro inclinazione rispetto alla superficie terrestre. L’inclinazione del vettore è nulla all’equatore magnetico, ma va crescendo in senso opposto verso i poli: mentre l’estremità del vettore che indica il nord punta in basso nell’emisfero boreale, in quello australe è volta verso l’alto. Gli animali sensibili esclusivamente all’inclinazione del vettore non possono orientarsi nella zona dell’equatore magnetico.

Se consideriamo il caso di Uccelli che in autunno si trasferiscono dall’emisfero boreale a quello australe, osserviamo che inizialmente possono orientarsi verso sud, andando nella direzione in cui il vettore magnetico punta in alto (fig. 5). Arrivati però all’equatore magnetico, devono ricorrere a bussole non magnetiche per proseguire verso sud, finché non trovano di nuovo un grado di inclinazione magnetica sufficiente per orientarsi. Se continuassero a volare nella direzione in cui il vettore punta verso l’alto, tornerebbero indietro verso nord. La necessaria inversione di orientamento sembra venga automaticamente indotta dal passaggio attraverso l’equatore magnetico.

La coesistenza di più tipi di bussola nello stesso animale pone il problema della loro importanza relativa e delle eventuali calibrazioni reciproche. Negli Uccelli migratori la navigazione è basata sull’interazione reciproca di più bussole. Il sistema è caratterizzato da una plasticità sufficiente per l’adattamento alle varie situazioni nel corso del viaggio migratorio, relative ai parametri sia magnetici (inclinazione, declinazione, intensità) sia astronomici (costellazioni visibili e caratteristiche del corso del Sole a latitudini diverse, copertura del cielo, e così via).

Per esempio, il passero delle savane, Passerculus sandwichensis, un migratore notturno, in autunno si sposta dal Canada e dagli Stati Uniti centro-settentrionali per svernare negli Stati Uniti meridionali e nella parte settentrionale dell’America Centrale. Uccelli catturati in natura a pochi giorni dalla nascita e allevati in assenza di riferimenti visivi importanti, ma tenuti a un ciclo normale di luce e buio, in laboratorio tentano di spostarsi secondo la giusta direzione di migrazione servendosi del campo magnetico terrestre. La direzione presa con questa bussola magnetica primaria può essere modificata se entra in conflitto con informazioni di origine celeste: infatti, quando vengono esposti a un cielo notturno, naturale o artificiale, i passeri deducono, in base alla rotazione del cielo, la direzione del nord e ciò serve loro a ricalibrare la bussola magnetica, se discordante. L’esposizione al cielo diurno dimostra poi che, anche senza vedere direttamente il Sole, gli Uccelli possono ricalibrare la bussola magnetica grazie alla luce polarizzata. La sola vista del Sole in un cielo depolarizzato è invece inefficace. La calibrazione della bussola magnetica avviene nel corso di tutta la migrazione e probabilmente ha la funzione di evitare errori di rotta dovuti alla declinazione magnetica, che può essere considerevole in certe regioni. Nel corso della migrazione l’informazione direzionale dedotta dal cielo durante il crepuscolo serale prevale su quella di origine magnetica o stellare.

Dal comportamento di molti animali si deduce che essi hanno rappresentazioni mentali della disposizione di luoghi e di punti di riferimento. Si parla allora di possesso di una mappa cognitiva. Rappresentazioni mentali di questo tipo sono acquisite attraverso l’esperienza e di solito hanno un’estensione coincidente con quella dell’area che l’animale ha avuto modo di visitare. Perché si possa parlare di una mappa, è necessario che l’animale non si limiti a percorrere vie segnate da una serie di punti di riferimento familiari, ma sappia anche trovare soluzioni spaziali nuove, per esempio individuando con sicurezza la via diretta tra due luoghi che aveva precedentemente visitato muovendosi dalla sua residenza abituale con escursioni di andata e ritorno indipendenti. La capacità di acquisire una mappa è certamente dimostrata in molti Vertebrati, mentre è discutibile se anche alcuni Artropodi la posseggano.

Grazie alla mappa cognitiva, l’animale può muoversi nella zona che essa copre in base alla sola conoscenza dei punti di riferimento, siano essi di natura visiva o di tipo chimico o acustico. Più complesso è l’uso della mappa in associazione a una bussola. In questo caso la mappa è mentalmente orientata rispetto ai punti cardinali e l’animale, riconosciuta la propria posizione rispetto all’obiettivo, può calcolare la direzione da tenere anche mediante una delle sue bussole. La migliore dimostrazione di questo fenomeno è fornita dai colombi viaggiatori esposti a un ritmo di illuminazione sfasato: anche in un’area familiare essi tendono a deviare dalla direzione attesa, come previsto in base al meccanismo di funzionamento della bussola solare.