Come percepiscono il mondo gli animali |

Stop. Fermati un attimo e pensa ai tuoi sensi.

In questo preciso momento i fotoni si muovono rapidi verso il tuo viso dove due sfere acquose piantate nelle cavità del tuo cranio li stanno assorbendo completamente.

Sono i tuoi occhi.

Dentro di essi, le lenti (coadiuvate dall’iride) stanno lavorando al massimo per indirizzare più efficacemente i fotoni verso una piccola massa cellulare sul fondo dei bulbi oculari che, per effetto di questo bombardamento, inviano messaggi elettrici al cervello.

Non è geniale? Agli scienziati sono occorsi secoli per capire il funzionamento dei nostri sensi.

Ma che cosa si può dire degli altri animali? Riusciremo mai a comprendere come essi percepiscono il mondo? Sorprendentemente, la risposta è sì.

La scienza ha infatti scoperto alcuni sensi che noi possiamo solo sognarci di avere. Vediamoli insieme.

1. Bastoncelli e recettori

Per gran parte del la storia del l'uomo, i meccanismi di percezione animale sono rimasti un vero mistero.

Sia Buddha che Aristotele avevano facilmente classificato i cinque sensi classici: tatto, vista, udito, gusto, olfatto.

Ma nessuno poteva nemmeno lontanamente immaginarne il funzionamento. Al contrario, si faceva appello a qualche vaga idea di “forza vitale” che sarebbe fluita dagli organi sensoriali al cervello.

Solo con l'invenzione del microscopio, gli scienziati hanno potuto esplorare il corpo umano come mai prima di allora. Finalmente, erano in grado di analizzare gli organi sensoriali per scoprirne il funzionamento. I bulbi oculari sembravano un buon inizio.

Nonostante già negli anni Venti del 1700 i primi pionieri del microscopio come Antonie van Leeuwenhoek avessero osservato insolite cellule a forma di bastone e cono sul fondo del bulbo, fu l'anatomista tedesco Max Schultze a descrivere per primo la struttura cellulare dell'occhio nel 1834, analizzando minuziosamente la concentrazione di questi due tipi di cellule nella retina.

Schultze era un eccellente anatomista comparato. Analizzando la retina di animali notturni come gufi, pipistrelli, talpe e ricci, aveva notato che le cellule cono di queste creature erano meno numerose rispetto a quelle della nostra retina, mentre erano più abbondanti i bastoncelli.

Schultze ipotizzò che i bastoncelli servissero probabilmente a individuare la luce in condizioni di buio e che le cellule cono erano responsabili della visione dei colori. In seguito si scoprì che aveva ragione.

Era un bel passo avanti nella nostra comprensione dei sensi. Per la prima volta, gli scienziati avevano modo di stabilire resistenza di specifiche cellule sparse per tutto il corpo, preposte alla percezione di informazioni sensoriali differenti, chiamate “recettori sensoriali”.

Oggi sappiamo che queste cellule sono il fulcro del sistema sensoriale umano, costantemente impegnate a raccogliere informazioni su ciò che ci circonda.

2. La storia dei sensi

Forse, l'aspetto più interessante è che le stesse cellule recettrici si ritrovano continuamente anche nel regno animale.

Per esempio, tutti i mammiferi possiedono coni e bastoncelli nei propri bulbi oculari, perché li abbiamo tutti ereditati dallo stesso animale, una piccola creatura simile al tasso vissuta nell'era dei dinosauri.

La selezione naturale, nella maggior parte dei mammiferi, non ha reinventato i sistemi sensoriali, ma li ha semplicemente rielaborati.

In questo senso, i nostri occhi, le orecchie e il naso funzionano esattamente come quelli di cani, gatti, suricati e buoi muschiati.

Come altri mammiferi, percepiamo gli odori nell'aria poiché le molecole che convergono nelle nostre narici si legano alle pareti cellulari di specifici recettori olfattivi all’interno del nostro naso, proprio come una chiave che entra perfettamente nella serratura.

Così attivata, una scossa elettrica discende lungo un assone (le fibre lunghe della cellula nervosa) verso il cervello, dove registriamo l’odore.

Analogamente, noi mammiferi avvertiamo i suoni perché le onde sonore, amplificate dai canali uditivi, stimolano le speciali estroflessioni di forma bastoncellare delle cellule sensoriali all’interno della nostra testa.

Sentiamo i sapori perché ciascuna delle nostre papille gustative possiede tra le 50 e le 100 cellule recettrici al suo interno, e ognuna di queste cellule è capace di legarsi a specifiche molecole all’interno della nostra bocca.

Una volta che si sono legate, esse inviano messaggi elettrici che il nostro cervello assocerà quasi immediatamente alla sensazione di “gustoso” o “disgustoso”.

Infatti, dallo studio al microscopio del numero di questi recettori in svariate creature, oggi sappiamo perfettamente quanto modesto sia l'apparato sensoriale del l'uomo in confronto a quello dei nostri amici animali.

I cani, per esempio, possiedono 40 volte più cellule recettrici olfattive rispetto al l'uomo, fino a raggiungere i 300 milioni di cellule in alcune razze.

Oltre a fiutare la presenza di stupefacenti, i cani possono essere addestrati a riconoscere le cellule tumorali maligne, a scovare le uova di cimice e persino a fiutare la dinamite.

Ma ciò vale anche per le api. Nel 2014, scienziati francesi e croati hanno allevato una generazione di “api fiutatrici” addestrandole ad associare l’odore degli esplosivi allo zucchero, sperando di sfruttare questi insetti per individuare mine ed esplosivi nei Balcani.

Questo è niente però in confronto agli squali. Alcune specie sono in grado di rilevare fino a una parte per milione di sangue nell’acqua marina.

Anche i serpenti sfruttano eccezionali capacità sensoriali per procacciarsi il cibo. La loro lingua biforcuta cattura gli odori dispersi nell'aria (o nell’acqua), convogliandoli a un organo posto sul fondo della bocca chiamato “organo di Jacobson”, presente anche in lucertole, topi, elefanti, cani e altri animali.

Qui, le molecole odorose si connettono alle cellule recettrici, impulsi elettrici inviano messaggi e, nel caso dei serpenti, il cervello stabilisce su quale lato della lingua biforcuta si concentri maggiormente l’odore.

Sarà in quella direzione che il serpente affamato si muoverà. È interessante sapere che serpenti e squali attivano gli stessi sensi quando vanno a caccia sia di prede che di sesso.

I maschi e le femmine di molte specie di squali sono capaci di stabilire le reciproche condizioni sessuali semplicemente spargendo nell’ambiente circostante i propri “biglietti da visita chimici”, cioè i feromoni.

Infatti, efficienti capacità sensoriali sono utili alla riproduzione tanto quanto al procacciamento di cibo e alla difesa dai predatori. Oggi sappiamo che moltissime specie utilizzano questi feromoni.

Un celebre caso riguarda il bombykol, un feromone prodotto dalla femmina del bombice del gelso (nella foto).

In seguito alla sua scoperta, nel 1959, le aziende chimiche iniziarono a vendere il prodotto agli agricoltori come sistema per uccidere i famelici bruchi, riducendo inoltre l’utilizzo dei pesticidi.

Il bombykol veniva spruzzato sui campi uccidendo milioni di bombici maschio, sovrastimolati dal miraggio di milioni di femmine immaginarie.

Oggi, i feromoni potrebbero essere l'asso nella manica nella gestione di molti parassiti e insetti infestanti, tra cui la zanzara.

3. Caccia al pipistrello

Vista, udito, olfatto, gusto e tatto. Agli scienziati d'inizio XX secolo questi sensi dovevano sembrare più che sufficienti.

Secondo loro, Aristotele ci aveva visto giusto sui cinque sensi, e adesso si cominciava a scoprire qualcosa in più sulle cellule sensoriali di esseri umani e animali: i recettori.

Ma non avevano tenuto conto dei pipistrelli. I loro minuscoli occhietti non sembravano nemmeno adatti al proprio scopo, eppure riuscivano a volare abilmente di notte e cacciare in volo falene e zanzare.

Probabilmente sfruttavano un senso che altri animali, compreso l’uomo, non possedevano. Ma quale? Era plausibile pensare all'esistenza di un super-senso? Siamo riusciti a trovare la risposta solo negli anni Quaranta.

Sebbene molti scienziati abbiano tentato di risolvere il mistero, ci sono voluti due impavidi biologi sperimentali americani di nome Donald Griffin e Robert Galambos per capire di che si trattasse.

Tra il 1939 e il 1941, lavorando nella totale oscurità di una sala sperimentale, Griffin e Galambos hanno scoperto il segreto dei pipistrelli e dato la svolta: gli animali avevano la capacità di percepire il mondo in modi a noi sconosciuti.

I pipistrelli emettevano ultrasuoni e ne elaboravano l’eco di ritorno creando una mappa tridimensionale del mondo circostante. Griffin chiamò questo senso “ecolocalizzazione”.

Sebbene questa capacità ci sembri oggi scontata, 75 anni fa l'idea dei super-sensi era alquanto controversa.

All’indomani della scoperta, Griffin scrisse: “radar e sonar sono ancora invenzioni importantissime neli’ambito della tecnologia militare, ma l'idea che i pipistrelli possano fare qualcosa anche solo lontanamente simile agli ultimi trionfi dell’ingegneria elettronica a molti può risultare inverosimile, se non emotivamente ripugnante”.

Griffin è poi diventato un illustre scienziato. Insieme ai colleghi, ha continuato a indagare su come i pipistrelli utilizzano l'ecolocalizzazione per cacciare, su come distinguono le prede in volo e come riescono a leggere le increspature dell'acqua per localizzare gli invertebrati immersi in laghi e stagni.

Dagli anni Quaranta in poi, Griffin e Galambos hanno fondato la neuroetologia, la scienza dell'esplorazione dei mondi sensoriali. Si è scoperto che i pipistrelli non sono gli unici animali a usare il sonar.

Lo usano per esempio le balene e i delfini, alcuni toporagni, uccelli come le salangane e i guaciari. Si presume che anche gli esseri umani affetti da cecità ne possiedano la potenzialità.

Alcuni ecolocalizzatori umani esperti sostengono di riuscire ad ascoltare ed elaborare l'eco facendo schioccare la lingua, per orientarsi nell'ambiente circostante.

4. Attiva i super-sensi

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno scoperto che gli animali utilizzano apparati sensoriali che noi umani possiamo solo sognare.

Le api percepiscono la luce ultravioletta, gli squali e i delfini cacciano “sentendo” l'elettricità emanata dalla preda, gli uccelli migrano per decine di migliaia di chilometri guidati dalle linee magnetiche terrestri, il bestiame si allinea spontaneamente lungo la direzione nord-sud.

Ci sono specie di serpenti che riescono a individuare e avvicinare le prede a sangue caldo grazie ai raggi infrarossi che emanano; alcuni ragni rilevano la sollecitazione meccanica del proprio corpo per calibrare forza e vibrazione; certi pesci rilevano i livelli di pressione nell'acqua per assestare il proprio galleggiamento.

La neuroetologia è tuttora una scienza valida e ci sono sicuramente altri super-sensi che attendono di essere scoperti.

Bombardati come siamo dalle informazioni dell’ambiente circostante, non smettiamo mai di valutare ciò che ci serve per crescere e sopravvivere. Lo facciamo per tutta la vita.

Questi messaggi arrivano al nostro cervello in grandi scariche elettriche, un potere - un tempo misterioso- che ci deriva dalla selezione naturale.

Ciò che l’evoluzione ha impiegato oltre 500 milioni di anni per plasmare e affinare, agli anatomisti, ai biologi sperimentali e ai neuroetologi ha richiesto svariate centinaia di anni per essere studiato.

L’ironia della sorte ha voluto che i pipistrelli, da sempre considerati animali sensorialmente menomati, abbiano contribuito a farci vedere la meraviglia dei sistemi sensoriali.

L'esperimento chiave sui pipistrelli:
Scienziati: Donald Griffin e Robert Galambos
Data: 1939-41
Scoperta: i pipistrelli navigano grazie agli ultrasuoni
L'esperimento di Griffin e Galambos per stabilire come navigano i pipistrelli è uno dei più celebri della storia della zoologia.
In primo luogo, convertendo le onde sonore in segnali elettrici leggibili da una macchina (un antenato del sensore a ultrasuoni) i due scienziati hanno stabilito che i pipistrelli emettono suoni di intensità elevata ad alta frequenza, non percepibili dall’orecchio umano.
In secondo luogo, e questa è la parte più famosa dell’esperimento, gli scienziati hanno effettuato una serie di test di aggiramento degli ostacoli su pipistrelli i cui sensi erano stati temporaneamente ridotti (tramite l'uso di piccoli tappi per le orecchie o di impedimenti per la bocca).
Hanno poi incoraggiato i pipistrelli a volare attraverso un tunnel dal cui soffitto pendevano vari fili.
I pipistrelli privati dell'udito non hanno superato il test, così come quelli che non hanno potuto emettere suoni.
Infine, i due scienziati sono riusciti a dimostrare che, se stimolata con ultrasuoni, la coclea dei pipistrelli (regione a forma di chiocciola situata nell'orecchio interno) produceva segnali elettrici come i sistemi sensoriali degli altri animali.
Il risultato era chiaro: i pipistrelli trovavano l'orientamento usando il suono, costruendo una mappa del mondo misurando l'eco rilanciato dagli oggetti vicini, le cui vibrazioni venivano tradotte in impulsi elettrici inviati al cervello.

5. La linea del tempo: i sensi degli animali

Dal fremito delle rane ai delfini elettrici, la storia dei sensi animali è piena di sorprese!

- XVIII secolo
LUIGI GALVANI (1737-1798)
Mentre disseziona il cadavere di una rana, Galvani nota che le sue zampe si muovono se sottoposte a un impulso elettrico. Postula quindi il ruolo dell'elettricità nel corpo animale, un effetto oggi noto come "galvanismo".
- 1834
Anche se erano già noti da tempo, l'anatomista Max Schultze indaga sul ruolo di coni e bastoncelli nell'occhio umano. Nasce l’idea dell'esistenza di cellule sensoriali recettrici specifiche.
- JULIUS BERNSTEIN (1839-1917)
Il fisiologo tedesco deduce che le correnti elettriche nelle cellule (comprese quelle dei messaggi sensoriali) vengono attivate da scambi ionici tra membrane cellulari.
- CHARLES DARWIN (1809-1882)
La selezione naturale ammanta di ineluttabilità l'evoluzione dei sensi. Darwin capisce che solo chi possiede i sensi migliori sopravvive.
- 1941
Donald Griffin e Robert Galambos (nella foto) terminano il loro studio sui pipistrelli, svelando i segreti dell'ecolocalizzazione. Lo studio dei super-sensi animali entra ufficialmente a far parte della zoologia.
- DONALD GRIFFIN (1915-2003)
Griffin è cofondatore della neuroetologia. Descrive minuziosamente una serie di metodi insoliti con cui i pipistrelli utilizzano l'ecolocalizzazione.
- 1959
Il bombykol è il primo feromone del regno animale a essere scoperto e descritto. Verrà successivamente testato sui raccolti come trattamento per ridurre le infestazioni di falene.
- E. 0. WILSON (1929)
Durante la sua lunga e illustre carriera, questo sociobiologo e conservazionista americano ha scoperto che le formiche utilizzano messaggi chimici per influenzare il comportamento della colonia.
- 2002
Oltre a coni e bastoncelli, è stato scoperto un terzo tipo di fotorecettore presente nell'occhio: la cellula gangliare della retina. Queste cellula svolge un ruolo significativo nell'influenzare il ritmo sonno-veglia.
- 2011
Gli scienziati hanno scoperto che il delfino della Guyana, presente in America centrale e meridionale, è in grado di individuare la preda rilevando i campi elettrici. Le specifiche cellule sensoriali utilizzate a questo scopo si trovano in una fila di piccoli pori posizionati sul muso.