Che gli animali sapessero usare il sole per guidare i loro grandi o piccoli spostamenti è stata la prima importante acquisizione nel campo dell’orientamento verso una meta definita (migrazione ed homing).
A Kairouan, in Tunisia operava nei primi anni del’900 Felix Santschi, un medico laggiù trapiantato dalla Svizzera. Con semplici esperimenti di campagna, riuscì a dimostrare che gli spostamenti di foraggiamento di molte delle formiche che abitano quei deserti, erano guidati dal sole. Le formiche non andavano verso o via dal sole con un semplice movimento di tassìa (avvicinamento o allontanamento dalla fonte di uno stimolo), ma rispetto alla sua posizione orientavano opportunamente la loro rotta di rientro al formicaio. Quando una operaia tornava al formicaio con una preda, se le veniva impedita la visione del sole con un cartone, si fermava o circuitava cercando a caso la rotta perduta.
Ben più cruciale (e geniale) fu dimostrare che se l’immagine del sole veniva nello stesso tempo riflessa con uno specchio, invertendone la posizione di 180°, la formica invertiva la sua rotta tornando indietro. Egualmente le formiche deviavano dalla rotta intrapresa di un angolo corrispondente a quanto l’immagine del sole venisse deviata, dimostrando per la prima volta l’uso del sole come fattore orientante. La bussola solare era stata così scoperta ed una metodologia di indagine, detta dello “specchio alla Santschi”, introdotta e successivamente usata negli esperimenti di orientamento. Era il 1913.
Una sintesi organica dei suoi esperimenti, Santschi la pubblicò solo nel 1923 su di una rivista scientifica di ben limitata diffusione (Fig. 1) e così i suoi risultati rimasero di fatto sconosciuti.
Bisognò attendere gli anni ‘50, periodo fecondissimo di ricerca sull’orientamento, in cui l’uso di una bussola solare fu riscoperta nelle api da Karl von Frisch (1949) futuro premio Nobel, negli uccelli da Gustav Kramer (1950, vedi Fig. 2), e Leo Pardi con Floriano Papi la individuarono nel 1952 nei crostacei del genere Talitrus (Fig. 5). Successivi esperimenti di quel periodo chiarirono quali fossero le caratteristiche della bussola solare, che almeno negli uccelli è appresa dai giovani con l’osservazione del moto apparente dell’astro, monitorato in base ad un endogeno “senso del tempo” sincronizzato sui momenti di alba e tramonto, essendo dunque cronometrica.
Apparve egualmente chiaro che gli animali non sono attenti alla posizione effettiva del sole (di cui non tengono conto) ma all’azimuth solare, ossia alla proiezione della sua posizione sul piano dell’orizzonte. Nel corso del dì è come se il sole per loro si muovesse da est verso sud ed ovest lungo il piano meridiano passante per il luogo in cui l’animale si trova.
Facendo riferimento alla figura 3, se un animale intende andare verso sud-ovest, alle sei del mattino si lascerà il sole a sinistra con un angolo di 135°. A mezzodì l’angolo col sole sarà di 45°, per lasciarlo invece alle 18 alla sua destra di -45°. La precisione con cui un colombo viaggiatore valuta l’angolo da tenere col sole è sorprendente, variando in un intervallo di ± 3,4° – ± 5,1°, del tutto sufficiente per assicurare un’ottima prestazione di rientro. Se il sole viene nascosto e la sua immagine deviata con uno specchio alla Santschi, l’animale manterrà con il sole riflesso lo stesso angolo che avrebbe tenuto con quello temporaneamente nascosto, dirigendosi in direzioni errate rispetto a quanto volesse. Infine, una delle metodologie più usate per testare l’uso di una bussola solare da parte di un animale, è quella di agire sul suo senso del tempo, modificando gli orari in cui l’animale è esposto alla luce. Così anticipando di sei ore l’alba (luce dalla mezzanotte a mezzogiorno oggettivi) l’animale scambierà il sole in est delle sei per quello in sud di mezzogiorno, tenendo con esso un angolo di 45°, che certo non lo porterà dove voleva.
I test di sfasamento del senso del tempo sono molto semplici da fare ed in 5-6 giorni i soggetti acquisiscono il nuovo ritmo luce-buio ad essi imposto. Basta confinarli in una stanza ben chiusa, così che non trapeli luce dall’esterno, dandogli luce artificiale nei periodi che si vuole, anticipando o ritardando l’alba delle ore volute. Ogni ora di sfasamento corrisponde ad un errore atteso di 15° rispetto a individui non sfasati di controllo.
Quando il sole è oscurato dalle nubi, la bussola solare non può essere ovviamente usata, ma in tal caso viene in aiuto la possibilità di valutare il piano di polarizzazione della luce solare, ben sviluppato negli insetti ma possibile anche per rettili e uccelli a quanto ne sappiamo. Per questi, il cielo azzurro appare con una configurazione assai complessa, dal momento che la percentuale di polarizzazione varia in parti diverse, determinando la “comparsa” di due semicalotte simmetriche divise dal meridiano solare (Fig. 4). La figura generata dalla polarizzazione si muove durante il dì solidalmente col sole, permettendo di individuare l’azimuth solare anche in assenza di una diretta visione dell’astro. Così la bussola solare può essere sfruttata subito dopo il tramonto oppure in presenza di una finestra d’azzurro nel cielo coperto.
Dobbiamo rimarcare infine che l’uso della bussola solare può essere problematico per un migratore che deve attraversare l’equatore. L’azimuth solare si muove infatti in senso orario passando per il sud nel nostro emisfero, ma in senso antiorario passando per il nord dall’altra parte del globo. In colombi viaggiatori allevati nelle nostre latitudini ma testati in aree equatoriali, si è riscontrato il non funzionamento della bussola solare, capace invece di essere usata anche oltre il circolo polare artico.
… e la luna?
L’influenza della luna sul comportamento degli organismi marini è di primaria importanza. Determinando infatti i movimenti di marea, le specie che vivono nella così detta “zona di marea” devono affrontare giornalmente periodi di emersione prolungata. Ritmi di movimento ma anche periodicità riproduttive legate alle fasi lunari, sono di conseguenza estremamente diffusi.
Una influenza della luna sull’orientamento era stata tuttavia a lungo negata sia per organismi marini che terrestri, finché esperimenti di Pardi e Papi (1953), dimostrarono l’esistenza di un meccanismo bussolare lunare per il Talitro, poco dopo aver scoperto nella stessa specie quello solare.
I talitri sono diafani animaletti (Fig. 5) che scavano i loro nidi nella sabbia umida del bagnasciuga, loro habitat elettivo. In cerca di cibo, compiono movimenti sia diurni che notturni verso l’interno ma, essendo sensibilissimi alla deidratazione, hanno necessità di veloci ritorni verso il mare. Lo fanno con una traiettoria rettilinea e perpendicolare alla linea di riva del tratto di spiaggia dove vivono (Fig. 6). Tale direzione risulta essere geneticamente determinata e propria delle varie popolazioni di talitri, cambiando con il differente andamento della linea di riva. Di giorno mantengono la loro innata direzione di ritorno basandosi sul sole, la notte hanno invece come riferimento la luna.
Anche la bussolo lunare risulta essere cronometrica (Fig, 7) e con la luna i talitri si orientano in maniera analoga a quanto fanno con il sole; tale meccanismo comporta a fortiori l’esistenza di una periodicità lunare di 24 ore 50 min. (durata del giorno lunare) coesistente con quella di 24 ore che regola la bussola solare.
La coesistenza di due distinti “sensi del tempo” (lunare e solare) fu di assai difficile affermazione nella comunità scientifica, venendo apertamente contrastata. D’altronde, fin dall’inizio la difficoltà concettuale di questo problema fu ben presente a Papi e Pardi, dubitando essi stessi dell’esistenza di un senso del tempo lunare: “Sembra in questo caso più difficile poter invocare quel meccanismo fisiologico interno (senso del tempo) che abbiamo ritenuto essere il fondamento dell’orientamento diurno (Papi e Pardi 1955)”. La cronometricità della bussola lunare fu tuttavia confermata da altri ricercatori su specie americane di talitri, una decina d’anni più tardi (Enright 1961) ed è oggi pienamente riconosciuta, dimostrando come anche la luna, pur nel suo mutevole apparire notte dopo notte, abbia un ruolo fondamentale per la vita di detti organismi.
Crediti
Autore: N. Emilio Baldaccini. Già Professore Ordinario di Etologia e di Conservazione delle risorse Zoocenotiche dell’Università di Pisa. Autore di oltre 300 memorie scientifiche su riviste internazionali e nazionali. Svolge attività di divulgazione scientifica. E’ coautore di testi universitari di Etologia, Zoologia Generale e Sistematica, Anatomia Comparata.
