VOLANO , VOLANO …. ma come ….e perchè ?
Un approfondimento , una divagazione , un aggiornamento scientifico (2015 – 2016) sui “meccanismi” del volo.
Enrico Cavina – Aprile 2016
La Primavera va avanti , l’Estate arriverà . I Colombacci migranti si stanno già riassestando nel loro territori di nidificazione .
Gli Amici “ volantinisti” del Club del Colombaccio sono già tutti impegnati a curare la salute – ed iniziare gli allenamenti – dei loro “volantini “ , prepararsi insomma alle emozioni di Ottobre , magari lasciando da parte le polemiche da “Forum” .
Va bene così .
Vorrei richiamare l’attenzione al nome “ volantino “ : volano , volano librandosi nel loro elemento naturale , cioè l’aria dove loro sono “volanti” . Hanno le ali che noi non abbiamo e che da Icaro e Leonardo in giù abbiamo cercato di costruirci addosso per volare anche noi . Certo …. aeroplani , elicotteri , mongolfiere , deltaplani e quant’altro …qualche cosina l’abbiamo fatta , ma quel miracoloso attrezzo anatomico e fisiologico “le ali” non siamo mai riusciti a cucircelo addosso per comandare al volo “braccia-ali” battenti con le sole nostre forze fisiche . Devoti , religiosamente devoti “le ali” le abbiamo concretamente lasciate solo nell’immaginifico pittorico o scultoreo dei nostri Angeli . Oggi però si sta sviluppando una straordinaria sperimentazione robotica ma difficilemente il robot potrà realizzarsi completo di così tanti riflessi sensoriali come in Natura (http://youtu.be/kA7PNQiHT1Q ).
Ecco ….. lì davanti ai vostri rulli,palchetti e posatoi , provate un momento ad immaginare quanti fenomeni fisiologici,fisici,elettrici,chimici e biochimici ecc. si realizzano nel tragitto tra la testolina in capo e le punte delle ali dei vostri amati volantini quando volano nell’aria e poi per decollare o per planare all’appollo .E così poi quando arrivano invece i primi branchi ad Ottobre nella calma o nei turbinii dei venti .
Eccolo lì , il miracolo del volo !
Lasciamo ora questa divagazione o sproloquio , e vediamo cosa c’è da segnalare di propriamente scientifico circa “ il volo e le ali “ . Proviamo a proporre qualche cosa di sintetico e possibilmente semplice , lasciando per chi ha voglia e perseveranza di studio l’opportunità di approfondire in -solo alcuni – specifici Links ( vedi in calce ).
E’ apparso inaspettato sul Web ( 16 Ottobre 2015 ) un Lavoro eccellente che amalgama molte correnti di pensiero e di Ricerca dalla Letteratura scientifica , e nello stesso tempo presenta un’analisi del tutto originale delle integrazioni sensoriali ed anatomo-funzionali del volo degli uccelli .
“The biophysics of bird flight: functional relationships integrate aerodynamics, morphology, kinematics, muscles, and sensors “ di Douglas L. Altshuler e coll.. ( Testo completo a http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/cjz-2015-0103?journalCode=cjz#.Vx8T4jHLCRM – 2015 –
Qui dalla Bibliografia emerge anche un Lavoro ( pur non recentissimo – 2008 ) che riguarda l’analisi specifica del volo del Colombaccio “- Contractile properties of the pigeon supracoracoideus during different modes of flight “ di Bret W. Tobalske, Andrew A. Biewener – 2008 .
Per una lettura in Italiano di un Lavoro didattico ed esaustivo ci sono anche le 50 pagine in pdF della Tesi di Danilo Foresti “Il volo degli Uccelli” http://www.stsbc.ch/Archivio/2007/Bandi/LAM/Danilo%20Fortesti%20-%20Il%20volo%20degli%20uccelli.pdf
Partendo da questi e da altri più specifici riferimenti (Living Dinosaurs: The Evolutionary History of Modern Birds – 2011 // immettere su Google ) ci è d’obbligo ricordare qualcosa circa la nascita e l’evoluzione del volo negli Animali ( esaustiva la rassegna di D.Foresti “Il volo degli Uccelli” pag.28-36 vedi Link sopra ) . Ecco allora i corpi di alcuni Rettili primitivi che – per dominare l’ambiente nel Mesozoico di circa 230 milioni di anni fa’ – si fanno crescere i primi abbozzi di ali ( pterosauri ) e dopo un altro centinaio di milioni di anni lasciano il posto ai primi veri Uccelli Archeorniti e quindi arriviamo all’Archeopterix ( Giurassico ) . Nel corso di questi MILIONI ( ricordate bene … MILIONI ) di anni si formarono nuove classi di Vertebrati sino ad “ animali con particolari caratteristiche fisiche ed anatomiche adatte alla vita aerea “ ( D.Foresti ) . Perché proprio di questo si trattava : nel contesto dei cataclismi e delle geo-evoluzioni del pianeta Terra e della sua atmosfera , alcuni animali si trasformarono gradualmente per dominare il suolo dall’alto , per vedere e sfuggire meglio ai suoi pericoli terrestri ( i predatori ) e viverlo più sicuri svolazzandoci sopra , facendo così propria l’altra parte dell’ambiente , cioè l’aria .
Qualcuno potrà dire : “ ma che ci frega a noi di queste frescacce di milioni di anni fa’ . Guardate come sono belli e vitali oggi i nostri “volantini” con le loro acrobazie aeree là nel cielo del “passo” “ . No, non possiamo fregarcene se pensiamo a tutto quello che ci ha messo dentro il Creatore – chiunque esso sia – per plasmare e modificare il DNA dei nostri uccelli , differenziandolo via via ( l’Evoluzione di Darwin ) specie per specie , ala per ala . Ed è con l’ala , le ali , che loro gli uccelli – i nostri “volantini” inclusi – son là con le loro acrobazie nell’aria . L’aria loro la muovono e la spingono sopra e sotto di loro e dai loro movimenti e più su , più su , ricevono anche gli impulsi della Pressione Atmosferica , tutto per elevarsi e volare .
Eccoci allora oggi a vedere e cercare di capire le relazioni funzionali , così complesse e miracolose , così come sono estate esposte nel principale Lavoro di riferimento “ The biophysics … ecc. “ 2015 http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0123947
Si tratta di BIO-FISICA , cioè elementi di FISICA e Meccanica relazionati alla VITA dei “volatori” ( vedi Links Youtube).
Gli Uccelli hanno realizzato numerosi e vari adattamenti per il volo , adattamenti fisiologici e bio-meccanici , non ultimi adattamenti anatomici come le “ossa piene di aria “ ed i sacchi aerei nelle cavità corporee ed ovviamente adattamenti inerenti la morfologia ed istologia dei tegumenti e quindi di penne e piume .
– “ La modulazione delle forze aerodinamiche capaci di rispondere alle differenti sfide ( di volo ) è guidata da 3 principali meccanismi : la velocità del movimento alare intorno alla spalla , la forma e disposizione spaziale dell’ala ,ed il c.d. angolo di attacco , quest’ultimo che corrisponde all’angolo con il quale l’ala impatta lo spazio aereo .” (Douglas L. Altshuler e coll. ) Se questi sono elementi meccanico-fisici basilari , oggi ben sappiamo che a monte dei movimenti stanno i “sistemi sensoriali “ : come le informazioni sensoriali si trasformino in comandi di moto che dal cervello si trasmettono ai muscoli delle ali , rimane ancor oggi una frontiera della ricerca largamente inesplorata . Il tutto rientra nel moderno concetto di ecologia sensoriale (ECOLOGIA dei SENSI Aggiornamento del 16/12/2011http://www.labeccacciascientifica.it/aggiornamenti.asp ) Tutto questo cosa vuol dire in pratica ? Proviamo ad esemplificare : impulsi di paura di pericolo ( vista,udito,olfatto ) o impulsi di ambientazione o impulsi di necessità alimentari ( ricerca di luoghi di alimentazione ) o impulsi di stimolo biologico ( riproduzione , migrazione , automonitoraggio del matabolismo ) vengono elaborati dal cervello che invia i comandi specifici ai muscoli che indurranno il decollo e poi le specifiche tipologie di volo spaziale e temporali . Torniamo ai nostri “volantinisti” : la bacchetta , o altro,sul posatoio dei vostri volantini li induce al volo i “volantini” , perché il loro cervello ha appreso che quello è un comando , magari poi rinforzato dalla vista di un branco in arrivo sul quale vanno a fare i “rimorchiatori” .Cervelli migliori o meglio educati fanno volantini bravi o più bravi . Poi quelli ritornano in volo perché sanno ( lo sa il cervello che guida il volo di ritorno ) che lì c’è la “pappa” o comunque è un posto sicuro dove rimaner posati. Tutto ciò se volete è molto prosaico , sinteticamente pratico,ma l’analisi dei Ricercatori ci porta ad approfondire . Aerodinamica : le ali sono responsabili delle forze aerodinamiche . La loro adattabilità mobile è nettamente in contrasto con la fissità delle ali degli aeroplani , pur queste arricchite da segmenti mobili a comando . Per la mobilità dell’ala degli uccelli il fulcro sta nelle articolazioni , come per noi anca,ginocchio,spalla,gomito,polso ecc. (http://youtu.be/aFdvkopOmw0 )Così come nelle articolazioni vertebrali sta il fulcro della rotazione del corpo e con questo delle ali ( esse stesse potenzialmente ruotanti su stesse simmetricamente o asimmetricamente ) , rotazioni che giocano un ruolo fondamentale nel mantenere una direzione e nel risparmiare energie nel volo veleggiato o moderatamente battente . Bellissime esemplificazioni visibili si trovano in molti video con dettagli molto evidenti : testa e collo fissi e disposti normalmente rispetto al suolo , ed il corpo e le ali che ruotano od oscillano . http://youtu.be/qEVpJK7pEPE Non possiamo qui esaminare tutti gli elementi di aerodinamica e cinematica , essi stessi esemplificati in complesse equazioni matematiche e supportati da teoremi di Fisica , validi anche a misurare la potenza del volo nelle varie tipologie . Per approfondimenti sono a disposizione i Limks . La potenza del volo e del battito d’ali varia secondo la specie degli uccelli ed anche secondo la tipologia del momento d’involo . L’effetto sonoro dell’involo – per lo più – è direttamente proporzionale alla potenza dei battiti d’involo : fragoroso o soffice ….dipende . Pensate al frullo della beccaccia ( per questa pensate anche alla “colonna” ) , o della starna e della cotorna ed in particolare al frullo del Gallo Cedrone con il “colpo” tremendo che si sviluppa per l’aria violentemente compressa dal battito delle ali sotto il ventre : è stato studiato in Ricerche apposite , e così fragoroso ho potuto sentirlo molti anni fa’ in Finlandia ed in Russia .La potenza dei battiti d’ali è direttamente dipendente dai muscoli Grande Pettorale e Sopracoracoideo ( questo equivalente del Piccolo Pettorale ) : vedi http://www.summagallicana.it/Volume1/A.II.2.11.htmLa forza e la potenzialità di manovre sono visibilmente insite nella strutturazione anatomica dei relativi tendini nelle sedi d’inserzione a livello ascellare-omerale ( vedi foto personali in https://photos.google.com/album/AF1QipN8YFPO4fnrwsgGrb3PqlKrXhrkSqo5hKCLv2WS ) L’attività e specificità di forza dei muscoli pettorali è stata studiata “in vivo” con vari metodi e straordinarie analisi di funzione . Se la maggiore potenza dell’involo dipende dalla maggiore massa muscolare del muscolo Grande Pettorale , la maggiore manovrabilità dell’ala per le modifiche dell’angolo d’impatto aereo dipende dal muscolo sopracoracoideo : le azioni dei due muscoli sono solo apparentemente contrastanti , perché di fatto si integrano nell’involo.
Queste funzioni sono state mirabilmente studiate “in vivo” nei Columbidi ( piccione ) anche con complessi metodi di Elettromiografia ed ergometria (Bret W. Tobalske e coll. http://jeb.biologists.org/content/211/2/170 2008 ) , con sofisticata analisi che evidenzia l’interscambio funzionale delle forze muscolari che agiscono in varie fasi e tipologie di volo(vedi Links in Youtube). .
Queste attività comportano ovviamente consumi energetici dipendenti dalle riserve metaboliche , grassi in primis ( specie per i Migratori ) presenti nell’uccello, che per varie combinazioni riflesso gene si sforzerà a realizzare comportamenti e scelta di vita utili a potenziare , risparmiare , accumulare queste riserve . Emerge quindi su tutto – per i grandi Migratori – la necessità di scegliere i migliori momenti migratori utili a risparmiare energie : scegliere cioè le migliori condizioni atmosferiche nelle quali volare . Condizioni nelle quali si sviluppa anche la miracolosa estrazione di acqua , acqua c.d. “metabolica” che deriva dalla “ beta-ossidazione” dei grassi e dalle cellule : oltre 110 gr. di grassi (htttp://www.rug.nl/research – 25 Aprile 2016 The Wildlifewriter ) producono 100 gr di acqua . Questa capacità è più sviluppata per i migratori a lunga distanza che possono non bere per lunghi periodi di volo e di consumo “ a batter d’ali” .
Ma per noi l’aspetto più interessante che emerge prepotentemente dal Lavoro 2015 di Altshuler D.L., e coll. è certamente l’aver dato rilievo ed approfondimento al c.d. “ CONTROLLO SENSORIALE DEL VOLO “ .
Qui appunto si sottolinea come vari sistemi sensoriali – sulla base di specifici sensori – danno rilevanti informazioni al cervello , o meglio al Sistema Nervoso Centrale ( SNC) dal quale poi partono i comandi per le varie tipologia di volo .
E’ un po’ quello che avviene – anche se per gli uccelli con modalità più complesse , sofisticate , automatiche e perfette – quello che avviene sulla “consolle” di una cabina di pilotaggio di un aereo , dove vari sensori elettronici rilevano dati dall’esterno per essere poi utilizzati dai piloti ( oggi aiutati dai computers ) per tutte le attività di pilotaggio .
I messaggi , gli stimoli , derivano – variabilmente in termini spaziali e temporali – dagli Organi di senso , quali la vista , l’udito , l’olfatto , il tatto ( le pressioni sui tegumenti esterni come le piume ad esempio ) : corpuscoli “sensoriali” ( un po’ come quelli che sono sui nostri polpastrelli ) recepiscono gli stimoli e poi per fenomeni elettrici e biochimici ( c.d. per lo più “di membrana” ) li immettono nei nervi , ed attraverso questi progrediscono a nodi di svincolo ( plessi ) e Centri di raccolta ed elaborazione situati nel SNC .Il Cervelletto è il sito “chiave” per l’integrazione delle informazioni sensoriali e per coordinare tutti i comandi – essenzialmente ai muscoli –per volare . Ciò vale per tutti gli Uccelli .
Avete presente ? Un pallino , un pallino solo ha colpito il capo dell’uccello in volo e quello si mette a girare su se stesso come una girella per poi precipitare o a volte addirittura riprendere un volo rettilineo : il “colpito in testa” ha perso del tutto o temporaneamente la capacità di coordinamento del volo .
Douglas L. Altshuler e coll. svolgono la loro disamina sul “controllo sensoriale del volo “ approfondendo con dettagli di analisi il c.d. Sistema somato-sensoriale che include i meccano-recettori individuati nei follicoli delle penne e piume sensibili alle pressioni che derivano dallo spazio esterno ( ad esempio : Pressione Atmosferica , vento ,umidità , variazioni di temperatura ) ed anche dalle turbolenze di superficie che il battito stesso delle ali determina durante le varie tipologia di volo ( ad esempio zig-zagare in bosco ) .
Grande attenzione viene data al sistema visivo ed al sistema vestibolare ( orecchio medio-interno ) , includendo anche i complessi effetti e riflessi del “sesto senso” di magneto-percezione e relativi ruoli di orientamento e progressione direzionale . Non ultimi – e per noi di grande interesse – i meccanismi di comando al volo che derivano da organi quali Lagena ( magnetopercezione) ed Organo Para Timpanico di Vitali ( sensori barometrici e funzione altimetrica ) ( O’Neill – 2013 ) .
Tutto questo lavoro di aggiornamento propriamente scientifico sul volo è essenzialmente derivato dalla Ricerca più recente degli appena ultimi 15 anni.
Bene !
Date un bacio in fronte –tra capo e becco – al vostro “volantino” preferito e chissà …. questa emozione affettiva-sensoriale potrebbe trasformarsi in un inverosimile stimolo sensitivo utile alle acrobazie “volanti” del vostro preferito . Chissà … ??!!
Auguri .
Enrico Cavina
ecavinaster@gmail.com
Aprile 2016
LINKS
– The biophysics of bird flight: functional relationships integrate aerodynamics, morphology, kinematics, muscles, and sensors1 – 2015 ottobre –
Douglas L. Altshuler,a Joseph W. Bahlman,a Roslyn Dakin,a Andrea H. Gaede,a Benjamin Goller,a David Lentink,b Paolo S. Segre,a Dimitri A. Skandalisa
aDepartment of Zoology, The University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada.
bDepartment of Mechanical Engineering, Stanford University, Stanford, CA 94305, USA.
Corresponding author: Douglas L. Altshuler (e-mail: doug@zoology.ubc.ca)
NB: inclusivo di vastissima BIBLIOGRAFIA aggiornata
http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/cjz-2015-0103?journalCode=cjz#.Vx8T4jHLCRM
https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/70313/1/cjz-2015-0103.pdf
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0123947
- IL VOLO DEGLI UCCELLI di Danilo Foresti
http://www.stsbc.ch/Archivio/2007/Bandi/LAM/Danilo%20Fortesti%20-%20Il%20volo%20degli%20uccelli.pdf
– Contractile properties of the pigeon supracoracoideus during different modes of flight
Bret W. Tobalske, Andrew A. Biewener
Journal of Experimental Biology 2008 211: 170-179; doi: 10.1242/jeb.007476
http://jeb.biologists.org/content/211/2/170
– AIRFLOW SENSORS IN THE AVIAN WING
RICHARD E. BROWN and
- ROGER FEDDE
- exp. Biol.
179
, 13–30 (1993) http://jeb.biologists.org/content/jexbio/179/1/13.full.pdf
–The flight of Birds – Schemi in diapositive
– AERODINAMICA del VOLO e MORFOLOGIA ANATOMICA Aggiornamento del 27/2/2011 – http://www.labeccacciascientifica.it/aggiornamenti.asp – ECOLOGIA dei SENSI Aggiornamento del 16/12/2011http://www.labeccacciascientifica.it/aggiornamenti.asp – ANATOMIA del COLOMBACCIO https://photos.google.com/album/AF1QipN8YFPO4fnrwsgGrb3PqlKrXhrkSqo5hKCLv2WS – PTO del Colombaccio https://photos.google.com/album/AF1QipOjBNVmwiWR7XIFoiBgSpZXSnQ3M-NU_wdmUB4f ESEMPLIFICAZIONI IN VIDEO e ROBOT da YOUTUBE http://youtu.be/VSzpM8vEAFA http://youtu.be/aFdvkopOmw0 OTTIMO http://youtu.be/M09SAP-SCoE http://youtu.be/1kztP_XTEPk http://youtu.be/3So7OMwNgy8 http://youtu.be/4jKokxPRtck http://youtu.be/qEVpJK7pEPE ROBOTICA http://youtu.be/kA7PNQiHT1Q http://youtu.be/4l0xavWi7kUhttp://youtu.be/wVhdx1DOc1ghttp://youtu.be/6vN57XseOpw