Moltissime specie di uccelli migrano annualmente tra le zone di svernamento e quelle di riproduzione, volando per centinaia o addirittura migliaia di chilometri. La migrazione è un viaggio estremamente intenso dal punto di vista energetico: non è un caso che, in questo periodo, il tasso di mortalità sia più elevato rispetto agli altri periodi dell’anno. Tuttavia, gli uccelli non sono sprovvisti di strategie per affrontare questo viaggio e hanno evoluto adattamenti sia fisiologici che comportamentali. Tra i primi troviamo, per esempio, l’accumulo di grassi corporei come risorsa energetica e la diminuzione del volume di alcuni organi interni per ridurre il peso corporeo e, conseguentemente, l’energia necessaria per volare. Tra gli adattamenti comportamentali, invece, possiamo osservare diverse tecniche di volo come per esempio il volo planato, il volo intermittente, l’uso di correnti d’aria e il volo in formazione.

Per volare, gli uccelli non devono necessariamente sbattere le ali; durante il volo planato, infatti, tengono le ali aperte, distese e perlopiù immobili. Questo consente agli uccelli di ridurre notevolmente il dispendio energetico non dovendo attivare i muscoli per sbattere le ali. Il volo planato è possibile principalmente grazie alle correnti d’aria e ai venti che sostengono il corpo degli uccelli. Ci sono diversi tipi di correnti ascensionali o discendenti, ma le più conosciute sono le cosiddette termiche, ossia flussi di aria calda verticale ascendente che gli uccelli sfruttano per guadagnare altitudine volteggiando. Il volo planato prolungato è utilizzato principalmente da uccelli di grandi dimensioni, come ad esempio albatross o aquile. Gli uccelli possono anche usare il volo intermittente, che consiste nell’intercalare il volo battuto con cortissime fasi di volo planato. Al contrario della strategia precedente, questa è usata principalmente da uccelli di piccole dimensioni, come per esempio passeri o fringuelli. Infine, un’altra strategia è rappresentata dal volo in formazione, in cui un gruppo di uccelli di grandi o medie dimensioni si organizzano per volare in maniera strutturata, assumendo una forma che ricorda una V o a una linea.

Il volo in formazione: come funziona e perché?

Il volo in formazione è un comportamento di gruppo ma, per comprenderne il funzionamento, è meglio immaginare solamente una coppia di uccelli, che vola insieme.

Quando un uccello vola e sbatte le ali produce dietro di sé dei vortici d’aria che si traducono in un flusso d’aria verso il basso direttamente dietro al corpo (chiamato downwash) e due correnti d’aria ascendenti (chiamate upwash) dietro alla parte più esterna delle ali. Il secondo uccello, quando vola dietro al primo, tenderà quindi ad evitare l’area di downwash, che lo spinge verso il basso, e a posizionarsi in modo da poter sfruttare l’upwash, che invece lo solleva e riduce in parte la resistenza dell’aria, aiutandolo a fare meno fatica durante il volo. Per questo, il secondo individuo vola sfalsato da un lato o dall’altro rispetto al primo e, se si aggiungono altri uccelli a catena, si forma la caratteristica diagonale o forma a V.

Alcuni studi passati hanno cercato di quantificare, tramite dei modelli teorici, quanta energia gli uccelli riuscissero a risparmiare usando il volo in formazione, stimando circa un 50-70%. Tuttavia, misurare sperimentalmente il vero risparmio energetico è complicato e l’unico esperimento empirico a riguardo risale a più di vent’anni fa. In questo studio, i ricercatori erano riusciti ad abituare dei pellicani a fare dei brevi voli dietro a un motoscafo e, nel contempo, a misurare il loro battito cardiaco usando dei cardiofrequenzimetri. Durante il volo in formazione, i pellicani che volavano in scia di un altro individuo presentavano una diminuzione fino del 15% del battito cardiaco. Tuttavia, gli autori non misurarono la posizione precisa degli individui e non riuscirono a fare voli lunghi con i pellicani.

L’ibis eremita sfrutta il volo in formazione per risparmiare energia durante la migrazione.

Il nostro progetto usa come modello gli ibis eremita (Geronticus eremita), una specie migratrice che adotta diverse strategie di volo, tra le quali quello in formazione. Questa specie è a rischio estinzione ma esistono vari progetti di conservazione che tentano di proteggerla e reintrodurla nell’ambiente, tra i quali il Waldrappteam. Infatti, ogni anno, un gruppo di giovani ibis eremita viene allevato e cresciuto da due genitori adottivi (umani), i quali gli insegnano a volare dietro a un paracadute motorizzato con lo scopo di mostrargli la rotta migratoria, esattamente come farebbero i genitori in natura.

Grazie alla predisposizione di questi individui alla presenza e al tocco dei genitori adottivi, abbiamo potuto montare sugli animali dei logger per studiare il volo in formazione durante la migrazione guidata. I logger raccoglievano dati di posizione usando tre costellazioni satellitari (GPS, GLONASS e Galileo), dati sull’accelerazione triassiale e, in alcuni individui, dati sul battito cardiaco. La posizione nello spazio è fondamentale per identificare il volo in formazione, mentre l’accelerazione consente di determinare se l’uccello stia usando volo battuto o planato. Inoltre, è possibile calcolare l’accelerazione dinamica del corpo (Dynamic Body Acceleration – DBA), la quale risulta essere una stima accurata dell’energia necessaria per muoversi. Infine, anche il battito cardiaco può servire per estrarre una stima del dispendio energetico.

Una volta raccolti i dati, abbiamo modellato il volo in formazione, ossia abbiamo ideato un modello per determinare quando un individuo si trovava in una posizione favorevole per sfruttare l’upwash. Questo lavoro ha dato vita, nel 2023, a un primo articolo pubblicato su Journal of The Royal Society Interface.

Una volta determinato chi volava in scia di un altro individuo, abbiamo potuto correlare questo stato con il DBA e il battito cardiaco. Abbiamo scoperto che gli individui che sfruttano la scia presentano un DBA più basso (circa del 2%), in particolare durante il volo battuto, e che anche il battito cardiaco diminuisce (fino al 4%). Un abbassamento del DBA e del battito si traduce, molto probabilmente, in un risparmio energetico. Inoltre, questi individui usano più frequentemente corte fasi di volo planato rispetto agli uccelli non in scia, il che li aiuterebbe a fare meno fatica e, di nuovo, a risparmiare energia. Infine, abbiamo visto che, sia che sfruttino la scia o no, gli ibis studiati tendevano ad evitare di volare nella zona di downwash che si forma dietro al corpo di un altro individuo (vedi figura). Abbiamo recentemente pubblicato questi dati sulla rivista Proceedings of the Royal Society B.

Cosa possiamo concludere da questo studio?

Questa diminuzione in DBA e battito cardiaco sembra essere minima, ma ci sono vari fattori importanti che vanno considerati. Innanzitutto, i voli di migrazioni sono spesso molto lunghi e faticosi e portano gli uccelli al limite delle loro capacità energetiche. Un risparmio energetico, anche piccolo, può fare la differenza nel completare o meno la migrazione. Secondo, studi precedenti hanno calcolato stime usando modelli teorici o voli di corta durata (nel caso dei pellicani), ma nessuno è mai riuscito a studiare uccelli in migrazione. È possibile che le condizioni fisiche e ambientali nei due casi siano completamente diverse e impattino sulle stime di risparmio energetico per mezzo di questo comportamento. Per esempio, il risparmio potrebbe essere specie-specifico e dipendere da quanto proficuamente una specie riesce a volare in formazione: è stato dimostrato che alcune specie di uccelli sono in grado usare meglio il volo planato rispetto ad altre e la differenza sta nella forma delle ali. Infine, nel nostro esperimento abbiamo lavorato con individui giovani e inesperti. Studi precedenti suggeriscono che i giovani uccelli debbano apprendere a volare in formazione dai genitori. I nostri individui non hanno potuto assorbire questo insegnamento, il che potrebbe aver impattato sulla loro capacità di usare questo comportamento.

Nonostante tutto, dai dati emerge chiaramente che il volo in formazione aiuta gli uccelli a risparmiare energia e quindi, molto probabilmente, a completare la migrazione. Inoltre, potrebbe aiutare gli individui giovani, quindi alla loro prima migrazione, a sopravvivere questo viaggio per il quale sono normalmente meno attrezzati fisicamente rispetto agli adulti. Sicuramente, altri studi saranno necessari per approfondire il volo in formazione e il suo ruolo nella migrazione degli uccelli.

Riferimenti:

Perinot, Elisa, Ortal Mizrahy Rewald, Johannes Fritz, Marco S. Nobile, Alexei Vyssotski, Thomas Ruf, Leonida Fusani, and Bernhard Voelkl. “Small Energy Benefits of In-Wake Flying in Long-Duration Migratory Flights.” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 291, no. 2030 (September 2024). doi:10.1098/rspb.2024.1173.

Immagine in apertura: un esemplare giovane di ibis eremita mentre vola con uno dei loggers per misurare la posizione e l’accelerazione. Copyright foto: Waldrappteam Conservation and Research

Marco S. Nobile è Professore Associato presso il Dipartimento di Scienze Ambientali, Informatica e Statistica dell’Università Ca’ Foscari. Il Prof. Nobile è Delegato della Rettrice per l’Innovazione Digitale nella Ricerca. L’attività di ricerca del Prof. Nobile riguarda l’uso di Intelligenza Computazionale per risolvere problemi complessi in biologia e in ambito medicale. In particolare, una parte importante della sua attività di ricerca riguarda la cosiddetta intelligenza degli sciami, sia dal punto di vista scientifico che della creazione di algoritmi bioispirati. Il Prof. Nobile è autore di più di 100 paper peer reviewed ed è co-inventore di un brevetto internazionale.

Elisa Perinot è una ricercatrice post dottorato presso il Laboratorio de Ecologia de Aves e Comportamento dell’Università dello Stato di Rio de Janeiro (UERJ) in Brasile. La Dott.ssa Perinot svolge ricerca nel campo dell’ornitologia e del comportamento, in particolare si interessa di strategie di volo negli uccelli, migrazione e meccanismi di selezione sessuale. Usa diverse tecniche di biologging, come videocamere, GPS, accelerometri o microfoni, per studiare gli animali nel loro ambiente naturale.