Gli uccelli dormono in volo. Ecco come fanno
Gli uccelli in volo sfruttano tutti i tipi di sonno, ma dormono per pochissimo tempo
[4 Agosto 2016]
Un team internazionale di scienziati guidato da Niels Rattenborg del Max-Planck-Institut für Ornithologie ha scoperto per la prima volta che gli uccelli possono dormire in volo. Nel nuovo studio “Evidence that birds sleep in mid-flight” pubblicato su Nature Communications,Rattenborg ha misurato l’attività cerebrale delle fregate e ha scoperto che dormono in volo sia con un emisfero cerebrale alla volta o contemporaneamente con entrambi gli emisferi e dice che «Pur essendo in grado di impegnarsi in tutti i tipi di sonno in volo, gli uccelli dormivano meno di un’ora al giorno, una piccola frazione del tempo che trascorrono dormendo a terra». Come le fregate sono in grado di dormire così poco resta un mistero.
I ricercatori tedeschi sottolineano che «E’ noto che alcuni rondoni, uccelli canori, piovanelli e uccelli marini volano senza sosta per diversi giorni, settimane o mesi e attraversano il globo. Dati gli effetti negativi che la mancanza di sonno ha sulle performance, è comunemente assunto che questi uccelli devono soddisfare comunque il loro fabbisogno giornaliero di sonno».
Il problema è: come può dormire un uccello in volo senza sbattere in qualche ostacolo o precipitare giù? «La soluzione – rispondono i ricercatori – potrebbe essere quella di spegnere solo metà del cervello alla volta», come Rattenborg ha già dimostrato che fanno le anatre domestiche che dormono in una situazione di pericolo a terra: «Quando dormono ai bordi di un gruppo, i germani reali mantengono un emisfero cerebrale sveglio e l’occhio corrispondente aperto e indirizzato lontano dagli altri uccelli, verso una potenziale minaccia». Sulla base di questi risultati e del fatto che i delfini possono nuotare con un unico emisfero mentre dormono, si ritiene comunemente che anche gli uccelli si basino su questo tipo di “pilota automatico” per spostarsi e mantenere il controllo aerodinamico durante il volo.
«Tuttavia – dice il team di scienziati – è anche possibile che gli uccelli abbiano evoluto un modo per ingannare il sonno». I ricercatori che studiano il sonno hanno scoperto recentemente che i maschi di piro-piro pettorale (Calidris melanotos) in competizione per le femmine on in grado di essere molto attivi per diverse settimane, nonostante dormano molto poco e questo fa pensare alla possibilità che gli uccelli semplicemente rinuncino del tutto al sonno in volo. «Di conseguenza – dicono al Max-Planck-Institut – la prova del volo continuo, non è la prove di default del sonno durante il volo: senza misurare direttamente lo stato del cervello di un uccello, le precedenti dichiarazioni che gli uccelli dormono in volo rimanevano mera speculazione».
Per determinare se e come gli uccelli dormono in volo, i ricercatori dovevano registrare i cambiamenti nell’attività cerebrale e comportamenti che contraddistinguono la veglia dai due tipi di sonno negli uccelli: sonno lento ad onde (SWS) e rapido movimento degli occhi del sonno (REM) . Rattenborg ha collaborato con Alexei Vyssotski (dell’università di Zurigo e del Politecnico federale svizzero – ETH) che ha sviluppato un piccolo dispositivo per misurare i cambiamenti elettroencefalografici nell’attività cerebrale e i movimenti della testa degli uccelli in volo.
In collaborazione con il Parco Nazionale delle Galapagos e Sebastian Cruz, un biologo ecuadoriano esperto di uccelli marini,, il team si è concentrato sulle fregate maggiori (Fregata minor) che nidificano alle Galapagos, grandi uccelli marini che passano settimane in volo sopra l’oceano senza mai posarsi, a pesca di pesci e calamari, seguendo sulla superficie pesci predatori e cetacei. I ricercatori hanno attaccato temporaneamente il piccolo “registratore di volo” alla testa di femmine di fregate in nidificazione. Hanno così scoperto che questi uccelli effettuano voli non-stop voli di foraggiamento della durata massima di 10 giorni e per 3.000 chilometri. Durante tutto questo tempo, il dispositivo ha registrato l’attività EEG di entrambi gli emisferi del cervello e i movimenti della testa, mentre un dispositivo GPS sulla schiena degli uccelli tracciava la loro posizione e altitudine. Dopo che gli uccelli erano tornati a terra e avevano avuto un po’ di tempo per recuperare, sono stati nuovamente catturati e il “registratore di volo” è stato rimosso.
Il principale autore dello studio insieme Rattenborg, Bryson Voirin dell’Accademia delle scienze della California, sottolinea che «Come molti altri animali nelle isole Galapagos, le fregate erano notevolmente calma e potevano anche dormire mentre mi avvicinavo per catturarle per la seconda volta».
Il registratore dei dati di volo ha rivelato che le fregate maggiori dormono in entrambi i modi durante il volo. Durante il giorno gli uccelli restano svegli e si dedicano attivamente alla ricerca di opportunità per cibarsi. Al tramonto, dal modello EEG passano a un modello SWS per periodi che durano fino a diversi minuti. «Sorprendentemente – dicono i ricercatori . l’SWS può verificarsi in un emisfero alla volta o in entrambi gli emisferi insieme. La presenza di questo sonno bi-emisferico indica che il sonno uni-emisferico non è tenuto a mantenere il controllo aerodinamico. Tuttavia, rispetto al dormire a terra, l’SWS è stato più spesso uni-emisferico in volo».
Esaminando con attenzione i movimenti delle fregate, i ricercatori hanno scoperto indizi sul perché in volo dormono in modalità uni-emisferica: «Quando gli uccelli volano in circolo sulle correnti d’aria ascensionali, l’emisfero collegato alla visione frontale e alla direzione da prendere era tipicamente sveglio mentre l’altro era addormentato, suggerendo che gli uccelli stavano guardando dove stavano andando». Rattenborg aggiunge: «Può anche darsi che le fregate tengano d’occhio gli altri uccelli per evitare le collisioni, come fanno molte anatre per tenere d’occhio i predatori».
Oltre ad impegnarsi in entrambi i tipi di SWS in volo, in rare occasioni, episodi di SWS sono stati interrotti da brevi episodi di sonno REM. Anche se questo dato può sembrare notevole per gli scienziati che studiano il sonno nei mammiferi, in base alla sua esperienza con gli uccelli, Rattenborg non ne è rimasto sorpreso: «A differenza dei mammiferi, nei quali gli episodi di sonno REM sono lunghi e accompagnati da una completa perdita di tono muscolare, negli uccelli gli episodi di sonno REM durano solo alcuni secondi. Inoltre, anche se una riduzione del tono muscolare può portare la testa a cedere durante il sonno REM aviario, gli uccelli sono in grado di stare in piedi (anche su una gamba) durante questo stato. Allo stesso modo, quando le fregate sono entrate in sonno REM, la loro testa ha ceduto momentaneamente, ma il loro modello di volo è rimasto invariato».
Forse per gli scienziati la più grande sorpresa è stata che, pur essendo in grado di impegnarsi in tutti i tipi di sonno, le fregate dormivano in media solo 42 minuti al giorno. Invece, quando tornano al nido dormivano fino a più di 12 ore al giorno. Inoltre, più gli episodi di sonno erano lunghi più erano profondi a terra. Tutti questi dati insieme suggeriscono che in realtà le fregate in volo subiscano una privazione del sonno. «Perché dormono così poco in volo, anche di notte, quando raramente si cibano, rimane poco chiaro». dice Rattenborg. Forse la cosa può essere spiegata da studi precedenti che hanno dimostrato che le fregate seguono i vortici oceanici, che indicano un’area con abbondanza di cibo, anche di notte.
I ricercatori evidenziano che «E’ interessante notare che la bassa quantità di sonno in volo suggerisce che questo compito richiede più attenzione di quella offerta dl sonno con una metà del cervello alla volta». Le fregate probabilmente dormono così poco e con queste modalità perché devono affrontare esigenze ecologiche che richiedono la loro piena attenzione 24 ore su 24 e 7 giorni su 7passati in mare aperto.
A lungo termine, Rattenborg spera di determinare come le fregate sono in grado di sostenere queste prestazioni di adattamento estreme con così poco sonno: «La gente si addormenta alla guida di un’auto dopo aver perso solo un paio d’ore di sonno, anche se è pienamente consapevole dei pericoli e sta lottando per tenersi sveglia – conclude lo scienziato tedesco – Perché, come molti altri animali, soffriamo enormemente da perdita di sonno, mentre alcuni uccelli sono in grado di restare attivi in modo adattativo con molto meno sonno rimane un mistero. Conciliare i risultati delle fregate con la ricchezza di elementi di prova che sottolineano l’importanza del sonno in altri animali può fornire nuove prospettive per la nostra comprensione del sonno e le conseguenze della sua perdita».