Fisica

Il sandgrouse di Namaqua è insolito, quando si tratta di uccelli, poiché le sue piume del ventre sono progettate per aspirare l'acqua anziché tenerla fuori. Ora Jochen Mueller della Johns Hopkins University, nel Maryland, e Lorna Gibson del Massachusetts Institute of Technology hanno scoperto i dettagli di questa capacità di succhiare l'acqua [1]. I risultati potrebbero aiutare a comprendere da una prospettiva evolutiva come e perché questi uccelli hanno sviluppato questa capacità. Il lavoro potrebbe anche ispirare la progettazione di materiali artificiali in grado di immagazzinare e rilasciare acqua in modo efficiente.

"La capacità del sandgrouse di trasportare acqua fresca emerge sempre nelle lezioni di ornitologia", afferma Allison Shultz, curatrice di ornitologia presso il National History Museum della contea di Los Angeles, che ha fornito campioni di piume a Mueller e Gibson. "Ma il meccanismo del suo funzionamento non è mai stato esplorato in modo dettagliato. Ciò rende questo nuovo lavoro davvero entusiasmante", afferma.

Nel 1896, Edmund Meade-Waldo, un ornitologo e ambientalista britannico, notò uno strano comportamento tra i sandgrouse in cattività che stava allevando. Gli uccelli maschi adulti si dirigevano dondolando verso le sorgenti d'acqua nei loro recinti, si sedevano in quell'acqua e poi dondolavano con la pancia gonfia verso i loro piccoli. I pulcini si mettevano quindi sotto la pancia degli uccelli adulti e mettevano il becco sulle piume della pancia. Sembrava che i papà portassero dell'acqua da bere ai loro pulcini.

Meade-Waldo condivise le osservazioni con altri ornitologi, ma l'idea che i pulcini di sandgrouse "succhino l'acqua dal petto [di un uccello maschio]", come scrisse Meade-Waldo, fu accolta con estremo scetticismo. "Nessuno gli credeva", dice Mueller. "È stato considerato un comportamento folle."

Nel corso dei successivi 70 anni, altri osservatori fornirono rapporti simili, ma fu solo nel 1967 che all’idea venne dato reale credito. Eseguendo esperimenti con esemplari morti e piume di sandgrouse, due biologi della Cornell University hanno scoperto che i maschi di sandgrouse potevano trattenere nelle penne del ventre circa il 15% del loro peso corporeo in acqua. Questi uccelli, che vivono principalmente nell'Africa sudoccidentale, spesso nidificano fino a 30 km dal più vicino abbeveratoio, e i biologi della Cornell hanno stimato che un maschio di gallo cedrone potrebbe trattenere nelle sue piume più della metà dell'acqua assorbita durante i circa 30 minuti di volo tra il fonte e il suo nido. Ciò ha lasciato molto liquido da dare ai pulcini, che non possono volare per il loro primo mese di vita.

Allora come fanno i sandgrouse a catturare l'acqua, a trattenerla nella pancia per lunghe distanze e poi a rilasciarla ai loro piccoli? I biologi della Cornell avevano alcune idee, ma senza l’uso delle moderne tecnologie i dettagli rimanevano oscuri. Nel loro studio, Mueller e Gibson hanno preso le piume del ventre di un maschio adulto di Namaqua sandgrouse e hanno eseguito vari esperimenti di bagnatura, oltre a test strutturali utilizzando un microscopio elettronico a scansione e una macchina per tomografia computerizzata.

La prima cosa che i due hanno notato è stata l'insolita struttura delle piume, qualcosa che gli scienziati precedenti avevano documentato, ma non catturato nei dettagli. Come la maggior parte delle piume degli uccelli, quelle del gallo cedrone hanno un'asta principale al centro e una soffice aletta che si estende verso l'esterno. All'interno di questa aletta ci sono una miriade di barbe, i singoli filamenti di materiale delle piume, che poi si suddividono in barbule. Per un pettirosso, ad esempio, queste barbule sono dritte con un uncino all'estremità. Per il sandgrouse, tuttavia, Mueller e Gibson hanno osservato barbule ricurve che si arricciano elicoidalmente per una spira e poi si estendono diritte.

Quando venivano immersi nell'acqua, i due hanno osservato che le barbule del sandgrouse si srotolavano, ruotando in modo che quelle sulle punte opposte si sovrapponessero per creare una fitta "foresta" di fibre. Sollevando la piuma srotolata fuori dall'acqua, le barbule mantenevano questa struttura forestale, intrappolando l'acqua sulla superficie superiore. Una volta essiccata, la piuma è tornata al suo stato originale. "Il cambiamento della forma della barbula è completamente reversibile", afferma Mueller.

La capacità delle barbule di avvolgersi e srotolarsi deriva, dice Mueller, dalla loro struttura molecolare. Le barbule delle piume degli uccelli sono fatte di cheratina, lo stesso materiale presente nei capelli e nelle unghie. Nel sandgrouse questa cheratina esiste sia in fase amorfa che cristallina. Queste diverse fasi si gonfiano in quantità diverse quando incontrano l'acqua, portando ad un cambiamento di forma. "Un lato delle barbule si gonfia più dell'altro, causando questo srotolamento", dice Mueller.