Si lanciano in picchiata da decine di metri d'altezza, raggiungono velocità anche superiori ai 100 chilometri orari, e colpiscono la superficie del mare con la testa come fossero proiettili. Eppure, nonostante la violenza dell'impatto, le sule riescono a ripetere questi tuffi decine di volte al giorno senza riportare danni. Come ci riescono? La risposta è nascosta nella particolare struttura delle loro vertebre cervicali, come ha scoperto un nuovo studio condotto dai ricercatori dell'Università di Washington e pubblicato di recente sulla rivista The Anatomical Record.
Gli autori hanno infatti individuato alcuni adattamenti anatomici che permettono a questi uccelli marini di sopportare le enormi forze generate dall'impatto con l'acqua. Le loro vertebre sono più robuste rispetto a quelle di altri uccelli e alcune possiedono persino una superficie articolare aggiuntiva che contribuisce a mantenere stabile il collo durante il tuffo.
La spettacolare tecnica di caccia delle sule
La sula (Morus bassanus) è un grande uccello marino che vive nell'Atlantico settentrionale ed è famoso proprio per la sua spettacolare tecnica di caccia. Quando individua un banco di pesci, spesso partendo da circa 30 metri d'altezza, ripiega le ali all'indietro, allunga il corpo e si lascia cadere in picchiata, entrando in acqua con il becco per primo. Può raggiungere velocità di circa 113 chilometri orari, sfruttando lo slancio per inseguire e catturare le prede anche sott'acqua.
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È una strategia di caccia estremamente efficace, ma comporta anche notevoli sollecitazioni per la testa e soprattutto per il collo. Dal punto di vista meccanico, infatti, una struttura sottoposta a una forte compressione dovrebbe essere preferibilmente corta e robusta. Le sule, invece, hanno un collo relativamente lungo e sottile, formato da 15 vertebre disposte a formare una leggera curva a S.
Studi precedenti avevano già dimostrato che i muscoli cervicali contribuiscono a irrigidire e stabilizzare il collo poco prima dell'impatto. Questo nuovo lavoro ha però permesso di individuare un ulteriore meccanismo di protezione, legato direttamente alla forma e alla disposizione delle vertebre.
Il segreto delle sule è nascosto nelle vertebre del collo
Per scoprirlo, i ricercatori hanno analizzato diversi esemplari di uccelli tuffatori e non conservati al Burke Museum, utilizzando scansioni TAC per ricostruire modelli tridimensionali delle vertebre cervicali. Hanno poi confrontato le diverse strutture attraverso un'analisi geometrica, cercando eventuali relazioni tra la forma delle ossa e le sollecitazioni prodotte dalle differenti tecniche di alimentazione.
"Gli uccelli che muovono la testa lateralmente o avanti e indietro si distinguono da quelli che la utilizzano sopportando forze di compressione", ha spiegato in un comunicato Megan Vandenberg, prima autrice dello studio. "Abbiamo osservato che gli uccelli che si tuffano in picchiata possiedono vertebre più robuste. Sono più spesse, larghe e corte, con una forma che ricorda maggiormente un quadrato".
Ma la scoperta più interessante riguarda una particolare struttura presente in diverse specie di sule. Tra la seconda e la sesta vertebra cervicale, infatti, gli scienziati hanno individuato una superficie articolare aggiuntiva, una sorta di ulteriore punto di contatto tra le ossa. Secondo i ricercatori, questa struttura funzionerebbe come un rinforzo, impedendo al collo di piegarsi eccessivamente all'indietro quando l'uccello colpisce l'acqua, soprattutto se entra con un'angolazione non perfettamente verticale. In questo modo, la forza dell'impatto viene distribuita meglio lungo la colonna cervicale, riducendo il rischio di lesioni.
Anche i martin pescatori hanno sviluppato adattamenti simili
La ricerca ha permesso di individuare caratteristiche simili anche in altri uccelli che catturano le prede tuffandosi in acqua, come i martin pescatori. Anche se questi uccelli sono molto più piccoli delle sule e appartengono a un gruppo differente, devono infatti affrontare un problema meccanico sostanzialmente analogo: sopportare l'impatto con la superficie dell'acqua senza danneggiare testa e collo.
Anche nei martin pescatori le vertebre cervicali risultano infatti relativamente corte e robuste, sebbene non sia stata individuata la superficie articolare aggiuntiva presente nei sulidi. Si tratta quindi di adattamenti in parte simili, sviluppati indipendentemente in risposta alle stesse esigenze legate alla tecnica di caccia con tuffo in acqua di testa.
I ricercatori hanno inoltre osservato che, pur essendo molto diversi per dimensioni, sule e martin pescatori sono sottoposti durante il tuffo a sollecitazioni comparabili quando si considera la forza in rapporto alla superficie del collo. La forza complessiva aumenta con le dimensioni dell'animale, tuttavia la pressione esercitata rimane simile. In entrambi i gruppi di uccelli, il picco delle forze si verifica circa cinque millisecondi dopo l'impatto con l'acqua.
L'evoluzione agisce dentro e fuori dal corpo
Questi risultati aiutano a comprendere meglio come l'evoluzione abbia modificato oltre che il becco, le ali o la forma del corpo degli uccelli in relazione al loro modo di volare o nutrirsi, anche strutture interne meno evidenti, come appunto e le vertebre cervicali. La scoperta potrebbe inoltre rivelarsi utile anche per i paleontologi: alcune caratteristiche delle vertebre fossili potrebbero infatti aiutare a riconoscere specie estinte che cacciavano tuffandosi in acqua, anche quando non sono disponibili altri elementi dello scheletro.
"È qualcosa a cui prima non avevo pensato e che probabilmente avevo trascurato", ha aggiunto Vandenberg. "Ora sono curiosa di osservare più attentamente le vertebre in generale, non soltanto quelle degli uccelli".
Una piccola differenza nella forma di alcune ossa può quindi spiegare come un animale riesca a compiere un gesto che, almeno apparentemente, sembrerebbe incompatibile o quantomeno rischioso per la sua stessa anatomia. E nel caso delle sule, è proprio questa particolare architettura del collo, insieme all'azione dei muscoli, a rendere possibili alcuni dei tuffi più spettacolari del mondo degli uccelli.
