Ciccia e pelliccia
Sopravvivere in inverno - Informazioni base di biologia per il personale docente
Sopravvivere in inverno:
Diverse strategie di sopravvivenza per superare la stagione fredda:
Letargo
Tra le specie animali europee che vanno in letargo troviamo il riccio, il pipistrello, la marmotta, il ghiro, il topo quercino e il moscardino. Queste specie dormono per diversi mesi, da ottobre/novembre fino a marzo/aprile. Durante questo periodo importanti processi vitali si svolgono ancora solo estremamente lentamente: la temperatura corporea si abbassa fino a pochi gradi sopra lo zero, il battito cardiaco è fortemente rallentato e il numero di atti respiratori drasticamente ridotto, per alcuni animali anche meno di uno al minuto! In questo modo l’animale in letargo consuma pochissima energia, in modo che il grasso corporeo accumulato il più delle volte è sufficiente per l’intero inverno. Solo in caso di freddo estremo, quando la temperatura corporea minaccia di scendere al di sotto dei 5°C, scatta un meccanismo per cui l’attività respiratoria e cardiaca aumentano (questo si manifesta esternamente attraverso dei tremori), in modo che il corpo venga sufficientemente riscaldato. Senza questo meccanismo di regolazione un animale in letargo rischierebbe di morire congelato. In alcuni animali questo riscaldamento corporeo porta ad un risveglio. Tale meccanismo richiede un forte dispendio energetico e se ripetuto troppe volte può determinare l’esaurimento delle riserve energetiche. Sono soprattutto gli esemplari più giovani e quelli deboli ad essere più minacciati.
Riposo invernale
Animali come lo scoiattolo e il tasso, che sono attivi anche in inverno, ma che trascorrono i periodi di tempo freddo dormendo protetti all’interno di un nido o tana, non vanno in letargo, ma trascorrono un periodo di riposo invernale. In questo modo risparmiano energie, in quanto si muovono molto poco, ma senza raggiungere i valori di temperatura corporea sopraccitati. Nei periodi più miti si muovono alla ricerca di cibo. Così lo scoiattolo va alla ricerca delle provviste di nocciole, ghiande, faggiole e pigne nascoste in luoghi diversi (spesso presso dei sassi). In caso di freddo duraturo, neve e terreno gelato, lo scoiattolo si ritira nel suo morbido e caldo nido rotondo, imbottito di erba e muschio, per trascorrevi, dormendo, più giorni o persino settimane.
Ibernazione (estivazione)
Per quanto riguarda invece i rospi, che rimangono per mesi apparentemente senza vita nella terra sotto uno spesso strato di foglie umide, si parla non di letargo bensì di ibernazione. Infatti il rospo è un animale eterotermo, che modifica la propria temperatura corporea in base alla temperatura esterna: se è caldo questi animali sono attivi, man mano che la temperatura esterna diminuisce si muovono sempre meno fino a diventar rigidi.
Eterotermi sono tutti gli invertebrati, i pesci, gli anfibi e i rettili. Rispetto agli animali che vanno in letargo, molti di loro devono trovare dei nascondigli in cui non rischiano di gelare, in quanto in questi animali non esiste il meccanismo di risveglio in caso di temperature troppo basse. Perciò se nel loro nascondiglio dovesse diventare troppo freddo essi rischierebbero di morire congelati.
Mentre le rane si interrano prevalentemente nel fango del fondo degli stagni, rospi e tritoni si cercano un rifugio sotto il legno morto umido e il fogliame del sottobosco. Anche salamandre, orbettini e lucertole trascorrono l’inverno in nascondigli riparati in profonde gallerie nel terreno, dove spesso si trovano numerosi rigidi ed immobili.
Migrazione
Non tutti gli animali possiedono questi meccanismi fisiologici per sopravvivere ai rigori dell’inverno. Alcuni di essi, abitando in regioni temperate o fredde, non resistono al freddo eccessivo e sono costretti a migrare in altre regioni con clima più mite, in attesa che la situazione torni ad essere a loro favorevole. Gli animali migratori sono in grado di percorrere anche migliaia di chilometri per arrivare a trasferirsi in luoghi dove possono trovare cibo a sufficienza, e a volte anche riprodursi.
Quasi tutti gli animali migratori si mettono in cammino – per terra, per mare o nel cielo – in un particolare momento dell’anno. E puntuali, dopo alcuni mesi, sono di ritorno.
Se la gran parte degli uccelli migratori compie tragitti molto lunghi (il record è della sterna artica che ogni anno percorre 40000 km spostandosi dall’Artide all’Antartide), altri animali che migrano seguendo il ritmo delle stagioni compiono spostamenti molto più limitati. Animali che di solito abitano in alta montagna, come i caprioli, spinti dalla fame scendono a valle durante i periodi più freddi. I pesci dei laghi che ghiacciano scendono invece in profondità.
Approfondimenti:
Adattamenti al freddo dei mammiferi
Su tutta la terra e in tutti i climi i mammiferi mantengono la loro temperatura corporea intorno ai 38°C. Per mantener questa temperatura interna i mammiferi devono essere in grado di adattarsi ad una vasta gamma di temperature ambientali. Ai tropici per esempio, la temperatura ambientale è di circa 30°C (solo 8°C meno di quella corporea) mentre nelle regioni artiche sono frequenti temperature di –50°C (88°C al di sotto di quella corporea). I meccanismi che consentono questi adattamenti sono:
- la produzione di calore attraverso il metabolismo
- l’isolamento ed altri stratagemmi per non disperdere il calore del corpo
Il calore prodotto dal metabolismo non rappresenta un fattore determinante: infatti un animale può variare solo di poco la quantità di cibo ingerito e il calore metabolico così prodotto. Inoltre, anche se le possibilità di aumentare il rifornimento di cibo e la capacità di incrementare il metabolismo fossero illimitate, nessun animale potrebbe passare tutto il suo tempo solo a nutrirsi.
Il fattore determinante per sopportare il freddo è la capacità di conservare il calore del corpo. Questa si ottiene in primo luogo attraverso l’isolamento del corpo. Questo si ottiene grazie ad uno strato di grasso isolante e/o la pelliccia.
I mammiferi relativamente privi di pelo accumulano uno spesso pannicolo adiposo, un cattivo conduttore di calore, che funziona perciò da isolante e che nei cetacei e nei pinnipedi può rappresentare fino al 45% della massa corporea.
Altri mammiferi invece sono dotati di una pelliccia, che negli esemplari artici è notevolmente più folta di quella degli animali che vivono ai tropici, e la cui capacità isolante è di conseguenza molto più elevata. Una volpe polare con il suo mantello invernale può riposare tranquillamente a una temperatura di –50°C (quindi di 88°C inferiore rispetto a quella corporea) senza dover aumentare il proprio metabolismo basale.
Al contrario un animale tropicale di taglia simile deve aumentare il proprio metabolismo quando la temperatura ambientale scende a 20°C. Senza vestiti, l’uomo è ancora meno protetto e comincia a rabbrividire e ad aumentare il proprio metabolismo quando la temperatura ambientale scende al di sotto dei 28°C.
Nelle zone temperate le proprietà isolanti del mantello di un mammifero variano tipicamente con la stagione: i mantelli invernali sono più spessi e vengono cambiati con l’arrivo della stagione calda. Il pelo scuro sul naso, sulle orecchie e sulle zampe di molte specie, è anch’esso un adattamento termico che favorisce l’assorbimento di calore nelle estremità.
Molti mammiferi hanno inoltre di variare la capacità isolante del proprio mantello in modo istantaneo, sollevando o abbassando i peli. In risposta al freddo, si contraggono i muscoli erettori dei peli, i quali erigono i peli del mantello, intrappolando uno strato d’aria. L’aria intrappolata viene riscaldata dal corpo, assicurando un eccellente isolamento termico. La “pelle d’oca” cui l’uomo va soggetto quando ha freddo, è anch’essa dovuta alla contrazione dei muscoli erettori dei peli della pelle, ma l’uomo ha troppo pochi peli per ottenere in questo modo un isolamento termico. Anche i brividi rappresentano un modo per ottenere calore corporeo: i muscoli si contraggono velocemente e generano calore metabolico.
A mano a mano che le dimensioni di un animale diminuiscono, calano anche le sue possibilità di essere dotato di un’abbondante pelliccia. La lepre artica è forse il più piccolo mammifero provvisto di una pelliccia sufficiente a proteggerlo durante il rigido inverno artico. Gli animali di dimensioni inferiori si riparano sotto uno strato di neve. I topi e l’ermellino, per esempio, trascorrono l’inverno nelle loro tane e raramente si affacciano in superficie.
In ogni caso nessun animale, grande o piccolo, può rivestire tutto il proprio corpo di una pelliccia isolante. Le zampe e il naso devono avere un rivestimento più sottile per consentirne la funzionalità. Ma se queste superfici consentissero al calore del corpo di sfuggire, mammiferi ed uccelli dei climi freddi non potrebbero sopravvivere.
Animali che nuotano nell’acqua ghiacciata (per esempio le anatre) perderebbero tutto il proprio calore attraverso le zampe. D’altra parte se le zampe calde si posassero sulla neve o sul ghiaccio, lo fonderebbero rimanendo saldate ad esso.
Per ridurre al minimo la perdita di calore l’evoluzione ha prodotto un semplice, ma efficace meccanismo: all’interno della rete mirabile (una fitta trama di vene e arterie situata tra giunzioni ed estremità) il sangue caldo che defluisce dalle arterie riscalda il sangue freddo che affluisce alle vene provenendo dai capillari delle estremità. In questo modo le estremità possono divenire molto più fredde del corpo senza sottrarre calore e senza perdere la capacità di funzionare. Infatti le cellule muscolari e le cellule nervose presenti nelle zampe sono in grado di continuare a funzionare anche a basse temperature in quanto contengono fosfolipidi ed enzimi adattati al freddo.
Questo meccanismo ha anche il compito di eliminare il calore in eccesso: infatti, un animale anche troppo ben isolato quando si muove attivamente rischierebbe di surriscaldarsi; in questo modo invece, la produzione di calore che avviene durante il movimento fa affluire sangue alle estremità in modo che esse irraggino calore.
Balene, trichechi e foche sono animali che vivono abitualmente nelle gelide acque del Mar Glaciale Artico: sono completamente nudi o ricoperti da una sottile e corta pelliccia, eppure si immergo tranquillamente in acque la cui temperatura è molto vicina a quella di congelamento. Le ricerche hanno dimostrato che esse non accelerano il loro metabolismo basale e che lo loro pelle ha una temperatura di un solo grado superiore a quella dell’acqua. In questi casi il calore trasportato attraverso la circolazione viene deviato verso gli organi interni, lasciando che la superficie esterna, fredda, diventi un isolante in grado di impedire la perdita di calore prodotto dal corpo.
Importanza delle dimensioni e della forma del corpo
La forma e le dimensioni di un animale hanno grande importanza per la regolazione termica. La quantità di calore che un animale disperde attraverso la pelle è proporzionale alla sua superficie. Il rapporto tra il volume e la superficie del corpo è tale per cui più un animale è grosso, minore è la sua superficie per unità di volume e, di conseguenza, più lenta è la sua perdita di calore. Analogamente, una sfera ha una superficie minore di quella di qualsiasi altro solido del medesimo volume; così un animale riuscirà a disperdere una minor quantità di calore, quanto più la sua forma sarà simile ad una sfera. Ecco perché gli animali polari sono, in genere, più tarchiati e più voluminosi dei loro simili viventi nelle zone calde.
Le estremità, come orecchie e zampe, attraverso le quali il calore si disperde, sono più piccole e tondeggianti negli animali polari che in quelli tropicali.
Tali concetti sono riassunti nelle leggi di Bergmann e Allen, secondo le quali nel corso dell’evoluzione si sono determinate particolari differenziazioni morfologiche in seguito agli adattamenti ai diversi gradienti termici
La legge di Bergmann (legge sulle dimensioni degli animali) afferma che le specie più grandi vivono in climi più freddi, mentre le specie loro affini più piccole vivono in climi più caldi. Questo perché, come già detto, in un ambiente a clima freddo il minor rapporto tra superficie e volume diminuisce la dispersione del calore. Per questo animali come gli orsi polari hanno dimensioni maggiori degli orsi bruni che abitano foreste più temperate. Un altro esempio è l’altezza delle diverse specie di pinguini, che diminuisce in modo regolare dall’Antartide (pinguino imperatore: 120 cm) all’equatore (pinguino delle Galapagos: 50cm).
La legge di Allen (legge della proporzione) afferma invece che i mammiferi dei climi freddi hanno appendici (orecchi, arti, coda) più piccole. Ad esempio le orecchie, sono più corte nella volpe artica che in quella del deserto.
Gli animali polari presenti nella mostra:
Bue muschiato
Per proteggersi dal freddo i buoi muschiati posseggono il mantello più lungo tra i mammiferi selvatici: un pelame molto folto, che sul collo e sui fianchi può raggiungere i 90 cm. Se minacciati da un pericolo o dalle furiose tempeste artiche, gli adulti si ammassano insieme e fanno fronte per proteggere i piccoli che stanno al centro.
Ghiottone
Le larghe zampe, ricoperte da un folto pelo, isolano l’animale dal freddo e gli consentono di muoversi con agilità anche nella neve fresca.
Tutto ciò, unito a una grande forza e a un proverbiale appetito, rende il ghiottone un abilissimo predatore in grado di attaccare prede molto più grosse di lui, come ad esempio renne e caribù.
Volpe artica
Un mantello bianco non serve solo alle prede per sfuggire ai propri nemici, ma anche ai predatori per potersi avvicinare alla preda. Anche la volpe artica quindi cambia il mantello estivo, più rado e di colore grigio brunastro, con quello invernale completamente bianco, dotato di lungo pelo esterno e fitto sottopelo.
Lupo
Il lupo è un animale molto adattabile (ne esistono almeno 32 sottospecie!) che ha colonizzato ambienti molto diversi: dai deserti e le pianure agli ambienti montani, dalle zone boscose, alla taiga e alla tundra. Dimensioni corporee e colorazione della pelliccia dipendono dalle varie regioni. Nella regione artica si trovano lupi che presentano un mantello invernale totalmente bianco.
Civetta delle nevi
Le folte piume che ricoprono il becco della civetta delle nevi, rallentano e riscaldano il flusso di aria gelida verso le vie respiratorie. Lo stesso stratagemma che usiamo noi indossando una sciarpa.
Costretta a cacciare alla luce durante la stagione estiva, trascorre molto tempo a terra o appollaiata sulle rocce per individuare grazie alla vista e all’udito straordinariamente fini, prede lontane o nascoste sotto la neve. La femmina presenta una tipica macchiettatura per mimetizzarsi tra le rocce nel periodo della cova.
Renna
Grazie agli zoccoli molto divaricabili e alle robuste zampe, le renne possono camminare nella neve per lunghe distanze e scavare in cerca di licheni. Lunghi peli negli zoccoli e un secreto ghiandolare, impediscono alla neve di accumularsi nello zoccolo. La parte inferiore delle zampe contiene inoltre un particolare tessuto adiposo che, rimanendo morbido anche intorno a temperature di 0°C, consente all’arto di restare funzionale anche a bassissime temperature.
Pinguino di Adelia
Il pinguino di Adelia e il pinguino imperatore sono le uniche specie di pinguini che trascorrono anche l’inverno in Antartide. Tre strati protettivi isolano il corpo dal freddo: la massa fitta e compatta delle penne rivestite di sostanze oleose, uno spesso strato di grasso sottocutaneo e, tra i due, uno strato d’aria riscaldato dal corpo.
Il pinguino di Adelia forma grandi colonie, soprattutto nel periodo riproduttivo. All’inizio della primavera antartica(ottobre) i maschi costruiscono un rudimentale nido di sassi, in cui la femmina depone due uova. Maschio e femmina si alternano ogni dieci giorni alla cova e poi al nutrimento dei piccoli.
All’approssimarsi del lungo inverno antartico i piccoli sono già indipendenti ed entrano in mare.
Pernice bianca
Il piumaggio bruno rossiccio della pernice bianca diventa completamente candido in inverno per mimetizzarsi su neve e ghiaccio. Per proteggersi dal freddo ha le zampe e le narici rivestite di piume e scava gallerie nella neve per ripararsi.
Orso polare
Un bianco mantello nasconde perfettamente l’orso tra i ghiacci. Ma questa colorazione nasconde un’altra precisa funzione: i peli cavi trasmettono la radiazione solare alla cute, di colore nero e quindi adatta ad accumulare calore, e la colorazione bianca riflette il calore emesso dall’animale nuovamente verso la cute. Una specie di effetto serra che consente all’animale di trattenere il calore a livello della pelle invece che (sulla superficie esterna) a livello della spessa pelliccia.
I peli cavi e ripieni di aria creano inoltre un ottimo isolamento durante le immersioni nelle gelide acque artiche.