Cristalli nella testa

Cristalli di magnetite grandi quanto un batterio

Nel 1984 un gruppo di ricercatori guidato da Michael Walker pubblicò su Science la scoperta di cristalli di magnetite — un minerale naturalmente magnetico — isolati da un tessuto contenuto in un seno situato nelle ossa dermoetmoidi del cranio del tonno pinna gialla (Thunnus albacares). L’analisi ai raggi X e al microscopio elettronico rivelò cristalli a dominio singolo, organizzati in gruppi di particelle interagenti tra loro, con una lunghezza media di circa 50 nanometri — dimensioni paragonabili a quelle di un batterio, e sufficientemente piccole da rispondere a variazioni del campo magnetico terrestre se collegate al sistema nervoso.

Esperimenti comportamentali condotti in parallelo dimostrarono che i tonni pinna gialla riuscivano effettivamente a discriminare tra due campi magnetici di intensità pari a quella terrestre, attraverso una procedura di condizionamento a prove discrete — la prima dimostrazione sperimentale diretta di sensibilità magnetica in questa specie, accompagnata per la prima volta da un possibile substrato fisico concreto capace di spiegarla.

Va precisato che la localizzazione dei cristalli di magnetite nell’area etmoidale è stata confermata anche in altre specie pelagiche, il che ha portato a ipotizzare che questa regione del cranio rappresenti un possibile organo di senso magnetico condiviso da molti pesci migratori — anche se, va detto con onestà, il meccanismo con cui questi cristalli trasmettono davvero l’informazione al sistema nervoso resta oggi uno dei punti meno chiariti dell’intera ipotesi, e alcuni studi più recenti su altre specie hanno messo in discussione un legame diretto e universale tra la sola presenza di magnetite e la capacità di migrare.

La bussola e la mappa della tartaruga marina

Le tartarughe marine affrontano un problema di navigazione ancora più estremo di quello dei tonni: le femmine di tartaruga comune (Caretta caretta) lasciano la spiaggia dove sono nate appena schiuse, attraversano interi bacini oceanici durante gli anni giovanili, e poi — raggiunta la maturità sessuale, anche dopo dieci o vent’anni — fanno ritorno per deporre le uova sulla stessa tratta di costa, a volte con una precisione di poche decine di chilometri.

Gli esperimenti di Kenneth ed Catherine Lohmann, dell’Università del North Carolina, hanno mostrato che le tartarughe percepiscono due componenti distinte del campo magnetico terrestre — l’angolo di inclinazione (quanto le linee di campo sono inclinate rispetto alla superficie) e l’intensità totale del campo — che variano in modo prevedibile su scala geografica, in modo simile a come la latitudine e la longitudine individuano un punto sulla Terra. Combinando queste due informazioni, una tartaruga può in teoria stimare la propria posizione approssimativa anche in mezzo all’oceano aperto, senza alcun punto di riferimento visivo: una vera e propria mappa magnetica.

Un ricordo magnetico che dura vent’anni

Come fa una tartaruga a “sapere” qual è la firma magnetica della spiaggia in cui è nata, se l’ha lasciata appena uscita dall’uovo? L’ipotesi proposta da Roger Brothers e Kenneth Lohmann in un influente studio del 2015 è quella dell’imprinting geomagnetico: la tartaruga memorizzerebbe, nei primi momenti di vita, la specifica combinazione di inclinazione e intensità del campo magnetico della propria spiaggia natale, portando questa informazione con sé per anni o decenni, fino a usarla come bersaglio per orientare il viaggio di ritorno da adulta.

A sostegno di questa ipotesi, gli autori hanno osservato che il campo magnetico terrestre non è statico: si sposta lentamente nel tempo per un fenomeno chiamato variazione secolare. Analizzando i dati di nidificazione lungo un lungo tratto di costa della Florida, hanno trovato che la distribuzione dei nidi tra le diverse spiagge cambiava nel tempo in modo statisticamente coerente con lo spostamento previsto delle firme magnetiche locali — esattamente il pattern che ci si aspetterebbe se le tartarughe stessero davvero seguendo un ricordo magnetico appreso da piccole, piuttosto che un semplice istinto legato alla posizione fissa della costa.

Tonno rosso e tartaruga comune, entrambi di casa nel Mediterraneo

Il tonno su cui fu isolata la magnetite è il pinna gialla, non il tonno rosso mediterraneo (Thunnus thynnus) — ma i due appartengono allo stesso genere, e il tonno rosso atlantico mostra un pattern migratorio che si presta altrettanto bene a un’ipotesi di navigazione magnetica: gli individui adulti attraversano regolarmente l’Atlantico per raggiungere aree di riproduzione specifiche, tra cui proprio il Mar Mediterraneo, mostrando una notevole fedeltà di sito nel tempo. Se la stessa capacità di rilevare campi magnetici documentata nel pinna gialla sia effettivamente presente e funzionalmente identica anche nel tonno rosso resta un’estensione plausibile ma non ancora direttamente confermata dagli stessi studi anatomici.

La tartaruga comune, invece, è tra le specie meglio studiate al mondo per la magnetorecezione ed è anche una presenza stabile nel Mediterraneo, dove nidifica su diverse coste, dalla Grecia alla Turchia fino ad alcuni tratti dell’Italia meridionale e delle isole. Gli stessi principi di imprinting geomagnetico documentati sulle popolazioni atlantiche e del Golfo del Messico sono ritenuti applicabili, con ogni probabilità, anche alle tartarughe che tornano a nidificare sulle nostre coste ogni estate.