Camere ad alta velocità rivelano come i colibrì possono girare su un dime
I colibrì sono i piloti di caccia del mondo aviario, si tuffano e tessono a velocità fino a 55 chilometri all’ora – poi si girano in un attimo per librarsi a mezz’aria, con le ali che battono freneticamente, mentre si riforniscono di nettare. Ora, attraverso sforzi erculei, i ricercatori sono un passo più vicini a capire cosa rende gli animali così agili. Il nuovo lavoro non solo aiuta a spiegare la loro complessa coreografia, ma può anche portare a robot e droni più manovrabili.
I biologi hanno cronometrato quanto velocemente i colibrì possono volare e quanto tempo possono librarsi, ma la manovrabilità – tutto ciò che zipping avanti e indietro – è “notoriamente difficile da studiare”, dice Peter Wainwright, un biologo evolutivo presso l’Università della California (UC), Davis, che non era parte del nuovo lavoro. Questo perché “comporta una serie complicata di movimenti possibili, ed è molto spontaneo.”
Questo non ha fermato Paolo Segre, allora studente laureato presso l’Università della British Columbia di Vancouver, Canada. Ha deciso di provare a filmare i colibrì in natura, che sono meno inibiti sul volo rispetto alle loro controparti in cattività. Per prepararsi, ha trascorso la maggior parte di un anno a perfezionare e miniaturizzare un sistema di quattro telecamere coordinate da computer per le riprese ad alta velocità.
Due mesi dopo, Segre era in Perù. Lui e la sua squadra si sono arrampicati sulle montagne e hanno attraversato la giungla per trovare il sito perfetto. Una volta accampati, hanno costruito una grande gabbia dotata di un sistema di telecamere a energia solare e hanno iniziato a testare i loro colibrì, uno per uno. I ricercatori hanno filmato ogni uccello per circa 30 minuti mentre svolazzava tra i posatoi e visitava una stazione di nettare all’interno. Poi hanno lasciato andare l’uccello e hanno ripetuto il processo. Segre e il suo team hanno istituito stazioni in altri tre luoghi: le Ande ecuadoriane, e campi di alta e bassa quota in Costa Rica.
Avere i dati non è stato facile. In Perù, il sito di test della squadra è stato invaso da formiche dell’esercito per 2 giorni di fila. In Costa Rica, Segre e i suoi colleghi hanno dovuto guadare le acque infestate dai coccodrilli, di notte, nel mezzo di una tempesta di fulmini. “Eravamo soprattutto terrorizzati dai fulmini”, ricorda Segre, ora ecofisiologo alla Stanford University di Palo Alto, California. Alla fine gli scienziati hanno filmato 207 uccelli appartenenti a 25 specie.
Una volta ottenuti i dati, la compagna di laboratorio di Segre, la postdoc Roslyn Dakin, ora allo Smithsonian Migratory Bird Center di Washington, D.C., ha sviluppato con i suoi colleghi un software sofisticato per analizzarli. Poiché c’erano quattro telecamere, i ricercatori hanno potuto ricostruire il modello di volo di ogni uccello in tre dimensioni, misurando il numero di volte che ha accelerato, decelerato, girato, rotolato, salito, o colomba, tra le altre manovre. Ognuna di queste semplici mosse si ripeteva e si combinava in schemi prevedibili. “Le manovre più complesse erano composte da sequenze di manovre più semplici”, spiega Segre.
Quando i ricercatori hanno confrontato i modelli di volo tra le specie, hanno scoperto che ognuna tendeva ad attenersi alle manovre in cui era migliore (qualcosa di particolarmente vero per i giri). Ma sono stati sorpresi di scoprire che le specie di colibrì più pesanti erano generalmente migliori nell’accelerare e fare curve strette. Sulla base di studi su uccelli e pipistrelli, il team si aspettava l’esatto contrario. “Ma le specie di colibrì più grandi erano in realtà più manovrabili”, dice Dakin. La ragione: Quei colibrì più pesanti avevano muscoli e ali relativamente più grandi delle specie più piccole, lei e i suoi colleghi riferiscono oggi in Science.
Sono emerse diverse altre tendenze. I comportamenti di manovra che differivano da specie a specie in genere si riducevano a tratti strutturali e fisiologici come la dimensione dell’ala, la superficie dell’ala, il peso e la massa muscolare. Infine, quando il team ha raggruppato gli uccelli in base ai loro modelli di volo, hanno trovato i gruppi riflettono l’albero genealogico dei colibrì: Le specie più strettamente correlate avevano modelli di volo simili.
Dakin dice che questa nuova manovrabilità “quadro” potrebbe aiutare i robotici a capire come mettere a punto i loro volantini per essere meno goffi e fragili. Particolarmente utile è la capacità dei colibrì di generare rapidi movimenti d’ala, che aiuta l’agilità, dice Andrew Biewener, un biomeccanico della Harvard University. Come risultato, aggiunge Robert Dudley, un biologo dell’organismo alla UC Berkeley, anche più ingegneri stanno ora studiando il volo animale che i biologi.