I colibrì prosperano con uno stile di vita estremo. Ecco come lo fanno | Scienza

A tutti piace osservare i colibrì, piccoli esseri dai colori vivaci che svolazzano intorno ai fiori e difendono con le unghie e con i denti il ​​loro dominio sull’alimentatore.

Ma per gli scienziati che li studiano, i colibrì sono molto più di uno spettacolo divertente. Le loro piccole dimensioni e il loro metabolismo impetuoso li portano a vivere sul filo del rasoio, a volte hanno bisogno di spegnere quasi completamente il loro corpo solo per conservare abbastanza energia per sopravvivere alla notte o per migrare per migliaia di miglia, a volte attraverso l’oceano.

La loro dieta ricca di nettare provoca livelli di zucchero nel sangue che manderebbero una persona in coma. E il tuo volo di ritorno zigzag A volte genera forze G così elevate da far perdere i sensi a un pilota di caccia. Più i ricercatori guardano, più sorprese nascondono i loro minuscoli corpi, i più piccoli del mondo aviario.

“Sono gli unici uccelli al mondo che possono volare sia sottosopra che sottosopra”, afferma Holly Ernest, ecologista conservazionista dell’Università del Wyoming. “Bevono zucchero puro e non muoiono di diabete”.

Ernest è uno dei pochi ricercatori che studia come i colibrì affrontano le esigenze estreme del loro stile di vita. Ecco cosa hanno imparato gli scienziati sugli adattamenti unici dei colibrì.

Mettiti al lavoro

Per anni, la maggior parte dei ricercatori aveva ipotizzato che i colibrì trascorressero solo circa il 30% della giornata impegnati nell’intensa attività energetica di svolazzare di fiore in fiore e divorare il nettare, mentre riposavano per la maggior parte del tempo rimanente. Ma quando l’ecologa fisiologica Anusha Shankar guardò più da vicino, scoprì che spesso lavorano molto più duramente di così.

Shankar, che ora lavora presso il Tata Institute for Fundamental Research di Hyderabad, in India, ha cercato di scoprire come trascorrono le loro giornate i colibrì dal becco largo dell’Arizona meridionale. Utilizzando una combinazione di metodi sperimentali, ha misurato il tasso metabolico degli uccelli durante varie attività e ha calcolato il loro dispendio energetico giornaliero totale. Aggiungendo i dati pubblicati in precedenza, Shankar è stato in grado di calcolare il costo energetico al minuto di appollaiarsi, volare e stazionario: in pratica, le tre opzioni a disposizione di un uccello per passare il tempo.

Ha quindi dedotto quanto tempo gli uccelli dovrebbero trascorrere a nutrirsi e quanto tempo ad appollaiarsi durante il giorno.

“Abbiamo scoperto che è molto variabile”, afferma Shankar. All’inizio dell’estate, quando i fiori sono abbondanti, gli uccelli possono soddisfare il loro fabbisogno energetico quotidiano con poche ore di cibo e trascorrere fino al 70% della giornata appollaiati. Ma quando i fiori cominciarono a scarseggiare, dopo l’arrivo delle piogge monsoniche estive, gli uccelli in un luogo si appollaiavano solo per il 20% del tempo e dedicavano il resto della giornata a nutrirsi.

“Sono 13 ore al giorno!”, afferma Shankar. “È impossibile per me passare 13 ore al giorno correndo. Non so come lo facciano.”

Abbassa la temperatura

I colibrì hanno un trucco che li aiuta a esaurire le loro riserve di energia: quando un uccello rischia di rimanere senza energia, può diventare letargico o intorpidito di notte, abbassando la sua temperatura corporea quasi a quella dell’aria circostante, a volte solo pochi minuti. pochi gradi sopra lo zero. Mentre è in torpore, l’uccello appare quasi in coma, incapace di rispondere rapidamente agli stimoli e respira solo in modo intermittente. Shankar ha stimato che questa strategia può far risparmiare fino al 95% dei costi metabolici all’ora durante le notti fredde. Ciò può essere essenziale dopo giorni in cui un uccello si è nutrito meno del solito, ad esempio dopo un temporale. Aiuta anche gli uccelli a risparmiare energia per ingrassare prima della migrazione.

Shankar sta ora studiando quali parti della loro fisiologia i colibrì danno priorità durante il torpore, osservando di quali prodotti genetici non possono fare a meno. “Se sei un colibrì che funziona al 10% del tuo normale metabolismo, qual è quel 10% che ti mantiene in vita?”

Un insieme di geni che gli uccelli sembrano lasciare intatti sono responsabili del loro orologio interno. “È importante che facciano le cose al momento giusto quando sono in torpore”, afferma Shankar. Ad esempio, per essere preparati ad affrontare la giornata, gli uccelli cominciano a svegliarsi dal torpore un’ora prima dell’alba, molto prima dei segnali luminosi visibili.

Affronta lo zucchero

Per alimentare il loro elevatissimo metabolismo, i colibrì ingeriscono ogni giorno circa l’80% del loro peso corporeo in nettare. Ciò equivale a una persona di 68 chilogrammi che beve quasi 100 Coca-Cola da 600 ml al giorno e il nettare è solitamente molto più dolce di una bevanda analcolica.

L’intestino umano non è in grado di assorbire lo zucchero così velocemente, motivo per cui il consumo di troppe bibite o polveri in polvere provoca disturbi allo stomaco, spiega Ken Welch, fisiologo comparato dell’Università di Toronto a Scarborough. I colibrì affrontano l’assalto con l’intestino che perde, quindi gli zuccheri possono entrare nel flusso sanguigno tra le cellule intestinali anziché solo attraverso di esse. In questo modo lo zucchero lascia rapidamente l’intestino, prima che possa causare disturbi. Questo trasporto rapido, e probabilmente altri adattamenti, consentono ai colibrì di raggiungere livelli di zucchero nel sangue fino a sei volte superiori a quelli degli esseri umani, afferma Welch.

Tanto zucchero nel sangue provoca seri problemi fisiologici nelle persone. Fa sì che più molecole di zucchero si attacchino alle proteine ​​del corpo, un processo noto come glicazione; A lungo termine, l’eccesso di glicazione causa molte delle complicazioni del diabete, come danni ai nervi. Secondo Welch, non è ancora chiaro come i colibrì evitino i problemi di glicazione, ma gli indizi cominciano ad emergere. Uno studio, ad esempio, ha scoperto che le proteine ​​degli uccelli contengono meno amminoacidi soggetti alla glicazione rispetto alle proteine ​​dei mammiferi, e quelli che rimangono sono spesso nascosti all’interno della proteina, dove sono meno esposti agli zuccheri circolanti.

Altre strategie ancora sconosciute per gestire i livelli elevati di zucchero nel sangue potrebbero un giorno avere benefici pratici nella gestione del diabete nelle persone. “Potrebbe esserci una miniera d’oro nel genoma del colibrì”, afferma Welch.

Cambiamento metabolico

Al termine del digiuno notturno, un colibrì ha quasi esaurito le sue riserve di zucchero, ponendo la sfida metabolica opposta. “Come si sveglia e vola?”, chiede Welch. “Non c’è altro che grasso disponibile da bruciare.”

Come ha scoperto, i colibrì si sono evoluti per cambiare il loro metabolismo da bruciare zuccheri a bruciare grassi. “Ciò richiede un enorme cambiamento nei percorsi biochimici coinvolti”, afferma Welch, e avviene in pochi minuti, molto più velocemente di quanto possano fare altri organismi. “Se potessimo avere questo tipo di controllo sul nostro consumo di carburante, lo adoreremmo.”

Risparmiare acqua oppure no?

Lo zucchero non è l’unica sfida posta da una dieta ricca di nettare. Dopotutto, il nettare è composto principalmente da acqua e gli uccelli che bevono così tanti liquidi devono eliminarne la maggior parte, senza perdere elettroliti. Pertanto, i reni del colibrì sono altamente adattati a riconquistare gli elettroliti prima di espellerli. “Urinano con acqua quasi distillata”, dice Carlos Martínez del Río, un ecofisiologo in pensione dell’Università del Wyoming.

Ma questo porta con sé un altro problema: se un colibrì continuasse a produrre urina diluita durante la notte, morirebbe di disidratazione prima del mattino. Per evitare ciò, i colibrì spengono i reni ogni notte. “Entrano in quella che, in un essere umano, sarebbe considerata insufficienza renale acuta”, afferma Martínez del Río. “I colibrì devono farlo, altrimenti si incazzerebbero a morte.”

Vola alto (gradualmente)

Le esigenze metaboliche di un colibrì sono già abbastanza impegnative al livello del mare. Ma molte specie vivono ad alta quota, dove l’aria contiene meno ossigeno e offre meno resistenza quando planano. Ad esempio, il colibrì gigante, il più grande del mondo, può vivere sulla catena montuosa delle Ande a più di 4.000 metri sul livello del mare, più in alto di quanto molti elicotteri possano volare. Per far fronte a queste condizioni, gli uccelli hanno sviluppato un sangue più ricco di emoglobina, afferma Jessie Williamson, ornitologa della Cornell University.

Ma alcuni uccelli affrontano una sfida ancora più grande, come ha scoperto Williamson. I colibrì giganti sono abbastanza grandi da consentire ai ricercatori di allegare tag di localizzazione satellitare e geolocalizzatori più piccoli. Così Williamson e i suoi colleghi hanno deciso di attaccarvi dei tracker. Dopo migliaia di ore di tentativi di catturarli con le reti, i ricercatori sono riusciti ad attaccare i localizzatori a 57 uccelli con imbracature su misura realizzate con corda elastica per gioielli.

Sebbene abbiano recuperato i dati di tracciamento solo di otto uccelli, anche quel piccolo campione ha fornito una grande sorpresa: alcuni uccelli vivevano tutto l’anno sulle alte montagne andine, mentre altri – che si rivelarono essere una specie diversa, precedentemente sconosciuta – migrarono ogni anno verso le Ande dai luoghi di riproduzione lungo la costa del Cile. Ciò significa che non solo devono affrontare le ovvie sfide di una lunga migrazione – un viaggio di andata e ritorno di circa 8.000 chilometri – ma anche la necessità di adattarsi all’aria più rarefatta lungo il percorso.

Il suo segreto? Fallo gradualmente. “È molto simile al modo in cui gli scalatori umani raggiungono la vetta dell’Everest, con scatti di arrampicata e pause per acclimatarsi”, afferma Williamson. “Il viaggio dura mesi.” Man mano che la tecnologia di tracciamento diventa più leggera ed economica, ricercatori come Williamson sperano di monitorare anche le specie di colibrì più piccole. Questo, insieme ad altri progressi nella tecnologia della ricerca, potrebbe riservare molte nuove sorprese sulla biologia di questi piccoli e sorprendenti uccelli.

Articolo tradotto da Debbie Ponchner.

Questo articolo è apparso originariamente in Conoscibile in spagnolouna pubblicazione senza scopo di lucro dedicata a rendere la conoscenza scientifica disponibile a tutti.