Bussola magnetica
Nord
geografico
S
N
Nord
magnetico
Il vettore campo magnetico
gN
Piano de
ll’orizzon
te
mN
Declinazione
Componente
orizzontale
E
Inclinazione
Componente
verticale
Vettore
magnetico
Il vettore campo magnetico
Emisfero magnetico Nord
Il vettore
• è inclinato verso il basso
• la componente orizzontale
punta verso il mN
• la componente orizzontale
punta verso il polo
Emisfero magnetico Sud
mN
mN
Il vettore
• è inclinato verso l’alto
• la componente orizzontale
punta verso il mN
• la componente orizzontale
punta verso l’equatore
Situazione naturale nei due emisferi (magnetici)
Emisfero Nord
mN
gN
Emisfero Sud
gN
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Gravita’
Direzione vettore
Esperimenti di orientamento magnetico
Pettirosso
(Erithacus rubecula)
Campodirezionali
magnetico
Impiego
delle informazioni
Campo magnetico
locale
(componente orizzontale)
fornite dal vettore magnetico
ruotato di 120°
Wiltschko & Wiltschko 1999
Caratteristiche funzionali
della bussola magnetica
Esperimenti dei coniugi Wiltschko con
pettirossi in inquietudine migratoria
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Gravita’
Direzione vettore
Orientamento
corretto
Situazione naturale
(emisfero nord)
mN
gN
mN
gN
I
Rotazione componente orizzontale
Orientamento
ruotato
mN
gN
N
mN
Rotazione componente verticale
Orientamento
ruotato
gN
mN
gN
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Direzione vettore
Orientamento
corretto
Situazione naturale
mN
gN
Gravita’
gN
mN
66°
Rotazione entrambe componenti
Orientamento
corretto
mN
gN
N
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Rotazione componente orizzontale
Gravita’
Direzione vettore
Orientamento
ruotato
mN
gN
N
Rotazione componente verticale
mN
Orientamento
ruotato
N
mN
gN
mN
Rotazione entrambe componenti
Orientamento
corretto
mN
gN
N
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Direzione vettore
Orientamento
corretto
Situazione naturale
mN
N
mN
gN
Rotazione entrambe componenti
Orientamento
corretto
mN
gN
Gravita’
N
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Direzione vettore
Orientamento
corretto
Situazione naturale
mN
N
mN
gN
Rotazione entrambe componenti
Orientamento
corretto
mN
gN
Gravita’
N
mN
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Gravita’
Direzione vettore
mN
Bussola
“a inclinazione”
Nord
Sud
Vettore magnetico
Comp. orizzontale
Comp. verticale
Gravita’
Direzione vettore
mN
Bussola
“a inclinazione”
Polo
Equatore
Emisfero Nord
mN
gN
Il verso del vettore:
Nell’emisfero N
• Va verso N
• Va verso il polo
• Va verso il basso
Nell’emisfero S
• Va verso N
• Va verso l’equatore
• Va verso l’alto
La parte verso il basso
della retta del vettore:
gN
mN
Emisfero Sud
Nell’emisfero N
• Va verso N
• Va verso il polo
Nell’emisfero S
• Va verso S
• Va verso il polo
Il Radical Pair Mechanism nei fotorecettori
Campi geomagnetico
in Illinois (USA)
50 µT; incl. – 68°
Pattern identici a 180°
(sistema
intrinsecamente
ad inclinazione)
Fornisce due direzioni
attraverso la sola
infomazione magnetica
(necessita integrazione
stimoli gravitazionali)
Ritz et al. 2000
Orientamento magnetico nei ratti talpa
Zambian mole rat
(Cryptomis anselli)
Bussola magnetica a polarità
Zambian mole rat
(Cryptomis anselli)
Marhold et al. 1997
Campo magnetico
naturale
Campo magnetico
ruotato
Bussola magnetica a polarità
Componente
verticale ruotata
Componente
orizzontale ruotata
Campo magnetico
naturale
mN
mN
gN
gN
66°
Marhold et al. 1997
gN
mN
Bussola magnetica a polarità
Componente
verticale ruotata
Componente
orizzontale ruotata
Campo magnetico
naturale
mN
mN
gN
gN
66°
Marhold et al. 1997
gN
mN
Altre caratteristiche funzionali
della bussola magnetica
Finestra funzionale della bussola magnetica
Pettirosso
(Erithacus rubecula)
Allevati in CM naturale (46000 nT) e
saggiati ad una differente intensità magnetica
Wiltschko et al. 2006
Finestra funzionale della bussola magnetica
Pettirosso
(Erithacus rubecula)
Allevati in un campo magnetico alterato a
intensità 150000 nT (=1.5 G)
Wiltschko 1978
Bussola magnetica: riassunto
• Meccanismo di orientamento molto diffuso, dimostrato in
varie specie (e.g. Passeriformi, talitri, api, colombo, tartarughe,
roditori). Anche in animali con prestazioni di orientamento
rilevanti o non migratori (e.g. pulcini, topi, ruminanti)
• Ruolo in condizioni che impediscono l’uso del sole (e.g. di
notte, a cielo coperto, sotto terra)
• Noti alcuni aspetti del funzionamento: a inclinazione in molti
casi (uccelli), a polarità in altri.
• Sistema di bussola innato
• Possibile sia attraverso magnetorecezione chimica (solo
bussole a inclinazione) che tramite magnetite.
Meccanismi di magnetorecezione: riassunto
Meccanismo
Caratteristiche –
funzionamento
Informazioni
fornibili
Evidenze sperimentali
Strutture
coinvolte
Per
induzione
Rilevazione dei
campi elettrici
derivanti dal
movimento nel
campo magnetico
Direzionali,
a polarità o
inclinazione
Presenza di
elettrorecettori sensibili
negli Elasmoranchi
Ampolle del
Lorenzini
Chimica
tramite
fotorecettori
Modifiche nei
prodotti di reazioni
chimiche con
radicali liberi
indotte da
fotoeccitazione
Direzionali,
a inclinazione
Effetti sull’orientamento di
variazioni nella qualità e
intensità della luce e dei
campi a RF; espressione
dei criptocromi nella
retina durante
l’orientamento magnetico
Retina
(cellule
gangliari),
vie visive
(nBOR, tetto
ottico)
Tramite
particelle di
magnetite
Allineamento delle
particelle con
campi esterni;
influenza su canali
ionici
meccanosensibili
Direzionali
(polarità o
inclinazione)
e di intensità
magnetica
Presenza di magnetite a
dominio singolo o
superparamagnetica in
varie strutture, anche
nervose; effetto dei
magnetic pulse
sull’orientamento.
Regione
etmoidale becco; ramo
oftalmico del
trigemino
Fenomeni di Magnetic Alignment
Allineamento N-S dei ruminanti
Mucche
Begall et al. 2008
Caprioli
Cervi
Allineamento N-S dei ruminanti
Mucche
Caprioli
gN
Begall et al. 2008
gN
Cervi
gN
Allineamento N-S dei ruminanti
Lontano dalle
linee elettriche
Vicino alle
linee elettriche
mN
mN
mN
mN
Mucche
Caprioli
Burda et al. 2009
Fenomeni di Magnetic Alignment
• Fenomeni noti da tempo in Insetti (sia durante riposo o
nell’atterraggio), poi rilevati in Pesci, Anfibi e, recentemente,
nei Mammiferi.
• Tra i mammiferi, studiato nei ruminanti (mucche e cervi) al
pascolo o in riposo, anche a seguito di diretta osservazione.
Preferenza per l’asse N-S (bimodalità).
• Preferenze direzionali anche in situazioni peculiari, come la
disposizione delle carpe in vasche (Hart et al. 2012) o l’attacco
verso le prede delle volpi (Cerveny et al. 2011)
• Significato biologico incerto e probabilmente molteplice (ad es.
sincornizzazione movimenti del branco, miglioramento possibilità di fuga,
mantenimento riferimenti spaziali, aumento attenzione selettiva, stima distanza
della preda, ecc...)
Bussole biologiche: riassunto
Bussole biologiche: riassunto
Tipo di
bussola
Condizioni di
funzionamento
Evidenze
sperimentali
Caratteristiche
Solare
Necessità visibilità del
disco solare
Esperimenti con lo
specchio; effetti del
clock-shift
Meccanismo
cronometrico per
compensare moto
apparente del sole.
Innata o appresa.
Pattern di
polarizzazione
celeste
Sufficiente visibilità di
parte di cielo (anche
notturno), anche coperto
Esperimenti con filtri
polarizzatori o singoli
spicchi di cielo
Impiego di pattern
semplificato e invariante
(api e formiche).
Diffusa tra gli invertebrati
Lunare
Necessita di presenza
disco lunare (qualsiasi
fase)
Esperimenti con lo
specchio e con cieli
notturni artificiali
Compensazione di ritmo
lunare si 24.8 h.
Nota solo nei talitri.
Innata.
Stellare
Visibiltà delle stelle
circumpolari
Esperimenti in
planetario e di clockshift
Non cronometrica. Nota
solo negli uccelli.
Appresa.
Magnetica
Ovunque.
Esperimenti con campi
magnetici artificiali.
A inclinazione o a
polarità.
Innata.
Gerarchie e calibrazioni delle bussole biologiche
• Studiata interazione tra bussola stellare e magnetica negli
uccelli tramite esperimenti di cue-conflict.
• Esperimenti complessi e risultati variabili tra specie e
condizioni sperimentali differenti
• Soprattutto dominanza delle informazioni astronomiche del
tramonto (e alba) su cui viene calibrata la bussola magnetica
usata di notte.
• Importanza in natura in casi di forte declinazione magnetica.
• Ruolo della luce polarizzata al tramonto negli uccelli
migratori.
Ruolo della visione del tramonto
nell’orientamento bussolare migratorio
• Prestazioni di orientamento dei migratori notturni sono migliori
se possono osservare il tramonto (sole e pattern di
polarizzazione)
• Informazioni derivanti dalla banda di massima polarizzazione
usate per calibrare le bussole usate nei movimenti notturni
