migrazione

Migrazione
orientamento
ipotesi su meccanismi
magnetismo?
Criptocromo?
Il comportamento degli esseri viventi, vegetali e animali,
(es, ciclo riproduttivo, germinazione, maturazione frutti ecc)
risente in modo spesso evidente alle variazioni ambientali di varia natura:
alternanza giorno-notte, alternanza stagionale, variazioni meteorologiche,
variazioni di temperatura, umidità, tipo di correnti oceaniche, densità e
salinità delle acque, pH ecc.
Si propongono varie ipotesi per spiegare tale fenomeno, non sempre
completamente risolutive, anche se talora abbastanza attendibili
Un fenomeno particolare , la migrazione di varie specie animali,
non trova ancora una spiegazione risolutiva
La migrazione , per via aerea, terrestre, oceanica è realtà constatata
possono concorrere vari fattori , situazioni:
visibilità del sole, luna, stelle, elementi morfologici, odori,
correnti oceaniche con diversa temperatura, densità, salinità
in modo variabile
Particolare importanza sembra dover essere attribuita al campo magnetico
che circonda tutta la sfera terrestre con le sue linee di forza
Al polo Nord geografico corrisponde un magnetismo di tipo Sud
Al polo Sud geografico corrisponde un magnetismo di tipo Nord
(se Nord dell’ago è attratto verso Nord geografico significa che ivi si
deve trovare un magnetismo di tipo opposto, cioè Sud e viceversa a Sud:
tutto per motivo della convenzione nella attribuzione del nome di polarità dell’ago
Nord geografico
sud magnetico
N
S
Equatore magnetico
nord
Un ago che punta il N
verso il basso indica che
si trova sopra il polo N
geografico (boreale)
Un ago che punta il S
verso il basso indica che
si trova sopra il polo S
geografico (australe)
Un ago che rimane
orizzontale indica che si
trova a metà strada tra i
due poli:equatore
Valori intermedi,indicano
latitudini intermedie
sud
Ago libero di ruotare su piano
verticale:asse orizzontale
N
S
Sud geografico
nord magnetico
N
S
Nord magnetico (magnetismosud)
nord
Nord geografico
sud
Equatore magnetico
Equatore geografico
Sud magnetico (magnetismo nord)
Sud geografico
Si è assegnata la polarità nord alla punta dell’ago orientata verso il nord
geografico e polarità sud alla punta opposta:poiché polarità opposte
si attirano, si deve ammettere che al polo nord magnetico esista però
un magnetismo tipo sud e viceversa al polo sud magnetico,
un magnetismo tipo nord
Un ago magnetico , libero di ruotare su un piano orizzontale,si pone
sempre in direzione del campo magnetico
Un ago magnetico, libero di ruotare su un piano verticale, assume
inclinazioni variabili rispetto al piano
orizzontale, da 0° a 90°
declinazione
inclinazione
Ng
O°
Sg
90°
Poli geografici e poli magnetici non coincidono e si rileva una continua
variazione nella posizione relativa (causa precessione…)
Alcune caratteristiche del polo magnetico terrestre:
risulta molto debole, di intensità variabile nel tempo,
esiste una declinazione e una inclinazione magnetica,
può essere perturbato localmente da rocce ferrose, magnetiche
e da forti campi elettromagnetici locali (artificiali)
In particolare la inclinazione magnetica può dare informazioni sulla
posizione rispetto all’equatore magnetico (e geografico) e quindi sulla
latitudine o distanza da poli, equatore, emisfero australe o boreale
Nm
N
L’ago magnetico assume posizioni
diverse se si trova sopra i poli, sopra
l’equatore o in posizioni intermedie
S
Equatore m
Verticale sopra i poli
orizzontale sopra equatore
inclinato in altre posizioni
Sm
Esempi di situazioni migratorie con tentativi di interpretazione sul
meccanismo che permette agli animali di orientarsi nel percorso della
loro migrazione, andare e ritornare, spesso restando costante il luogo
di partenza , di arrivo e di ritorno
(es. salmoni che dalle sorgenti scendono nel mare e poi
ritornano alle sorgenti di partenza..; anguille che dal mare
mediterraneo vanno a riprodursi nel mar dei sargassi e poi
ritornano nel mare mediterraneo..)
Oltre al problema di comprendere il meccanismo di orientamento e la
memorizzazione, sono vari i problemi che vengono posti considerando
il fenomeno delle migrazioni:
es.data di inizio, preparativi e riserve energetiche in previsione della
durata del viaggio, luoghi di sosta…
Migrazioni giornaliere plancton marino
Migrazioni stagionali a scopo nutritivo, riproduttivo
Una serie di osservazioni su mandria di mucche mostra una preferenza
nel loro allineamento lungo l’asse nord-sud (magnetico); allineamento
perturbato in prossimità di linee ad alta tensione (forse perché il debole
campo magnetico secondo il quale le mucche si orientavano (?)
veniva nascosto dal più forte campo elettromagnetico creato dalla linea
ad alta tensione (?) :rimane un problema…
Nm
Ng
Linea alta tensione
Problema:si pensava che le sostanze organiche non potevano essere
sensibili al debole campo magnetico terrestre e non si conoscevano
soluzioni attendibili
1997: Trota arcobaleno:presenta nelle narici cellule sensoriali dotate di
particelle di magnetite sensibili a una variazione
nella direzione del campo magnetico:
se il campo devia, la magnetite subisce uno
spostamento che permette la apertura di pori nella membrana cellulare
e favorisce uno scambio ionico interpretato come segnale da inviare
ai centri nervosi del cervello…
Direzione campo magnetico
Sensore con magnetite
Membrana cellulare con pori
ioni
cervello
Anni cinquanta : Osservazioni sui pettirossi mantenuti in voliera:
in autunno , tempo normale per la loro migrazione , tendevano a spostarsi
in direzione sud (propria della migrazione), senza disporre di segnali visivi:
creando un campo magnetico artificiale, con il sud nella direzione del nord,
i pettirossi si spostavano verso il sud artificialmente creato:
conclusione:i pettirossi sono sensibili al campo magnetico e nella loro
migrazione ( in autunno) tendono verso sud.
nord
sud
liberi
sud
nord
In voliera
Modello interpretativo ipotetico (valido anche per altri esempi)
l’animale possiede un meccanismo che permette di rilevare il campo
magnetico circostante e comunica la informazione al cervello che
coordina in conseguenza i movimenti dell’animale
nord
nord
nord
sud
sud
sud
Nm
Ng
Anomalie magnetiche
dovute a rocce magnetizzate
Tartaruga marina
Tartarughe marine sembrano sensibili alle anomalie magnetiche presenti
sui fondali e si orientano secondo le indicazioni percepite :
mappa magnetica memorizzata?
1972:Osservazioni su pettirossi, passeri portano alla convinzione che siano
sensibili alla direzione del campo magnetico e anche alla sua inclinazione:
percepiscono direzione e latitudine…
Ipotesi: anche gli uccelli sono dotati di mappa magnetica memorizzata ?
Sembra non sufficiente la percezione del campo magnetico per ottenere
un corretto orientamento:
intervengono anche altre informazioni, da altri sensi:es.olfatto:
colombi privati del senso dell’olfatto sono disorientati
colombi disturbati da campi magnetici artificiali mantengono la capacità di
orientamento corretto
Nm
Varie osservazioni portano alla convinzione che l’orientamento in funzione
del campo magnetico esiga anche la partecipazione della luce
Pettirossi in laboratorio esigono una componente blu della luce per
ottenere un corretto orientamento in funzione del campo magnetico
Batteri in latitudini con elevato valore della inclinazione magnetica usano
tale informazione per riconoscere la direzione verso il basso
invece di sfruttare la forza di gravità come indicazione
I batteri contengono particelle filiformi di magnetite che
allineandosi tra loro e con il campo segnalano al batterio
la direzione verso il basso, ove si trova l’ambiente più
adatto alla vita di tali batteri :ipotesi plausibile…
2004: usignoli:si rivela interazione tra luce e orientamento magnetico:
sembra che ogni sera il senso magnetico venga ricalibrato
gruppo di usignoli sottoposto al tramonto a campo magnetico
falsato:rivolto a est invece che a nord e gruppo indisturbato;
in seguito, nel buio della notte vengono tutti liberati(seguiti da
antenna che li localizza avendoli dotati di ricetrasmettitori):
gruppo indisturbato vola verso nord (normale)
gruppo perturbato vola verso est(errato);
la notte seguente anche il gruppo disturbato riprende il volo verso nord:
aveva ricalibrato il corretto senso magnetico ?
tramonto
notte
giorno
tramonto
notte
giorno
Nm
Ipotesi:
la bussola interna funziona solo se c’è luce?
Il sole permette di ricalibrare la bussola interna?
notte
giorno
tramonto
Nm>Est
2000…piccioni viaggiatori presentano sulla pelle del becco
(dotata di ricca innervazione)
microscopiche particelle di magnetite:
possibilità di individuare la direzione del campo
magnetico( non la intensità) ?problema: solo poche particelle sono di
magnetite, altre sono di maghemite (meno magnetiche)
Ipotesi: la maghemite magnetizzandosi temporaneamente potrebbe
amplificare il campo geomagnetico influenzando la magnetite ???
magnetite
maghemite
Campo magnetico debole
Campo magnetico amplificato
Ipotesi: interazione tra luce, campo magnetico, reazione chimica
e senso di orientamento magnetico ?
2000…:scoperto pigmento proteico, criptocromo, nelle piante e nella
retina di animali (uomo compreso): interviene nella regolarizzazione dei
ritmi biologici legati all’alternarsi del giorno e della notte
Ipotesi: un fotone colpisce il pigmento che produce radicali liberi che
permettono a cellule retiniche specializzate di individuare la direzione
del campo magnetico ? Come ???
pigmento
fotone
retina
Radicale libero ?
cervello
Un fotone (luce blu) assorbito dal criptocromo produce la dislocazione
di un elettrone nella molecola del pigmento rendendo instabile la
molecola ( stabile se gli elettroni sono appaiati nella stessa orbita con
spin antiparalleli)
Due elettroni appaiati, antiparalleli > due elettroni separati antiparalleli
Possibili due configurazioni
in alternanza tra loro
Due elettroni appaiati, antiparalleli > due elettroni separati paralleli
Nm
Se l’uccello vola verso N,
prevale stato
antiparallelo:stabile
reazione bloccata
Se l’uccello volando devia, prevale stato
parallelo:un fotone libera un elettrone che
permette una reazione:segnale per cervello
che indica variazione direzione rispetto al nord
due elettroni separati antiparalleli
Possibili due configurazioni
in alternanza tra loro
Ogni posizione sarà più probabile in
funzione della direzione del campo
rispetto alla posizione degli occhi
due elettroni separati paralleli
2009: si osserva che la esistenza di lesioni nel cervello di uccelli migratori in
regioni collegate alla visione rende problematico l’orientamento magnetico
Nm
Pettirossi e polli presentano il criptocromo oltre che nella retina anche
in cellule particolarmente sensibili ai raggi ultravioletti (fotoni più efficaci)
Le onde elettromagnetiche producono campi magnetici e campi elettrici
che potrebbero inibire o ridurre la capacità di percepire il debole campo
magnetico terrestre
Drosophile addestrate a seguire campi magnetici per trovare cibo,
perdono questa capacità se deprivati del gene del criptocromo
2011: gene del criptocromo umano sostituito al gene nella drosophila
mantiene la capacità di orientamento nel campo magnetico: anche
l’uomo possiede la capacità di orientamento nel campo magnetico??
Problemi tutti ancora in attesa di soluzione …