Capitolo 2. Obbiettivi della tesi

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Capitolo 2. Obbiettivi della tesi

Nel presente lavoro di tesi sono stati compiuti esperimenti di dislocamento su tartarughe verdi (

Chelonia mydas

) nidificanti sulle spiagge dell’isola d_{i Europa, un piccolo atollo situato in mezzo al Canale di Mozambico,} nell’Oceano Indiano occidentale (fig. 4).

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Gli esperimenti di dislocamento e la successiva osservazione del comportamento mostrato dagli animali, rappresentano un classico metodo per indagare sui meccanismi implicati nella navigazione. Questi esperimenti consistono nel prelevare dai luoghi familiari un animale e rilasciarlo in un nuovo sito, la cui distanza e il grado di familiarità variano secondo le singole situazioni. Il dislocamento sperimentale induce cioè un comportamento di

homing

, e permette di valutare se gli animali sono in grado, e in che modo, di compensare lo spostamento subito e a ritornare nei luoghi conosciuti. Questi esperimenti sono compiuti nel periodo riproduttivo delle tartarughe, quindi possiamo ipotizzare che esse mostrino una forte motivazione a tornare all’isola, seguendo probabilmente la rotta più economica possibile, per portare a termine la deposizione delle uova.

Le tartarughe verdi inoltre sono erbivore, e questo aumenta la confidenza che esse non mostrino la tendenza a girovagare in mare aperto cercando zone di foraggiamento, come è stato osservato in altre specie, ma che cerchino di ri_{tornare prima possibile vicino alla spiaggia di nidificazione da} cui sono state allontanate sperimentalmente.

La capacità o meno di compensare il dislocamento e il tipo di rotta seguita dopo il rilascio, rappresentano le basi sulle quali tirare le conclusioni. Se un animale dislocato è in grado di compensare uno spostamento subito passivamente in ogni direzione, si può ipotizzare che possieda una mappa dell’area estesa fino al punto di rilascio, oppure che è stato capace di stabilire la direzione del disl_{ocamento (Luschi et al., 2001). Se l’animale possiede una} mappa, possiamo affermare che possieda un sistema di navigazione vera, che

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permette di stabilire la propria posizione grazie a riferimenti ambientali che sono paragonati a quelli dell’obbiettivo (Wallraff, 1991).

Un tale approccio sperimentale sembra essere il più adatto per investigare sul complicato sistema di guida utilizzato dalle tartarughe verdi (

Chelonia mydas

), che tornano a riprodursi sulle spiagge dell’Isola di Europa dopo aver percorso, probabilmente, migliaia di chilometri dalle zone di residenza, come avviene nella popolazione di tartarughe verdi che si riproducono all’Isola di Ascensione (Papi e Luschi, 1996).

Il principale obbiettivo degli esperimenti di questo lavoro è stato quello inizialmente di ricostruire le rotte seguite dalle tartarughe dal momento del rilascio fino all’arrivo all’Isola di Europa, e in seguito valutare se esse riescono a compensare il dislocamento subito passivamente.

La mia analisi si è rivolta a cercare di chiarire i meccanismi che permettono alle tartarughe marine di navigare verso zone geografiche specifiche, sia durante le migrazioni sia durante gli esperimenti di dislocamento. Sulla base dei risultati di esperimenti avvenuti sulle tartarughe marine nel corso degli anni, è emerso che vari fattori ambientali, come il campo magnetico terrestre, l’andamento dei venti e il decorso delle correnti, sono potenzialmente utilizzati per la navigazione delle tartarughe. Negli esperimenti di dislocamento eseguiti nelle acque del Canale di Mozambico è stata quindi valutata la possibile influenza di questi fattori durante l'homing delle tartarughe verso l’Isola di Europa.

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In particolare, i risultati di una serie di esperimenti eseguiti da Lohmann e i suoi collaboratori hanno prodotto indicazioni sul possibile impiego di alcuni parametri del campo magnetico terrestre per la navigazione delle tartarughe (Lohmann & Lohmann 2006). Questo gruppo ha portato avanti numerosi esperimenti sia sugli

hatchlings

sia sui giovani di tartarughe marine di varie specie, dai quali è emerso che entrambi sono in grado di utilizzare i parametri del campo magnetico terrestre (come l'inclinazione e l'intensità; vedasi sotto) per orientarsi e per navigare verso obiettivi determinati anche a seguito di dislocamento passivo. Nei giovani in particolare sembra che le informazioni derivate dal campo magnetico terrestre siano integrate in una sorta di mappa magnetica con cui stabilire la loro posizione rispetto ad una meta.

La probabile influenza dei venti sulla localizzazione dell’Isola di Europa durante la navigazione delle tartarughe, deriva invece da precedenti esperimenti di _{dislocamento eseguiti sulla popolazione delle tartarughe che nidificano} all’Isola di Ascensione (Luschi et al. 2001; Hays et al. 2003). I risultati di questi esperimenti hanno mostrato che le tartarughe dislocate non sembrano affidarsi ad un sistema di vera navigazione basata su coordinate magnetiche, né su informazioni trasportate dalle correnti. Al contrario è risultato chiaro come le tartarughe verdi abbiano utilizzato una strategia di ricerca di un contatto sensoriale per ritrovare l’isola, e che le informazioni trasportate dal vento abbiano svolto un ruolo importante nel processo di ritrovamento dell’isola.

La navigazione delle tartarughe durante i loro viaggi migratori è anche influenzata dalle correnti oceaniche incontrate, come è stato indicato anche da vari esperimenti eseguiti all’Isola di Ascensione e nell’Oceano Indiano

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occidentale (Luschi et al., 2003). Le rotte seguite dalle tartarughe in oceano aperto mostrano infatti tratti in cui le tartarughe seguono e si lasciano trasportare dalle correnti e tratti dove non risentono della loro influenza.

Al fine di comprendere meglio i meccanismi di navigazione delle tartarughe, nel mio lavoro di tesi è stata valutata l’influenza di questi tre fattori, rilevati per il Canale di Mozambico dove sono avvenuti gli esperimenti, in relazione alle rotte seguite dalle tartarughe durante il loro viaggio di ritorno all’isola.

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Il geomagnetismo

La scelta di indagare l’effettiva influenza di questo fattore nasce dal fatto che numerosi animali marini hanno la capacità di percepire il campo magnetico terrestre ed utilizzarlo come riferimento nell’orientamento e nella navigazione.

Fra i vari tipi di informazioni sensoriali disponibili nell’oceano, il campo magnetico terrestre è una caratteristica ambientale ubiquitaria a differenza degli altri riferimenti, è infatti presente sia di giorno che di notte, rimane inalterata col tempo e le stagioni, è presente in ogni parte dell’oceano, sia nelle acque basse che profonde.

La modalità con cui gli animali percepiscono il campo magnetico è ancora poco chiara, ciononostante, si può ipotizzare che gli animali possano estrarre due tipi di informazioni dal campo magnetico. La più semplice di queste, è un’informazione direzionale o alla bussola che consente agli animali di mantenere una rotta coerente in una direzione determinata come nord o sud. Le bussole magnetiche sono filogeneticamente diffuse ed esistono in numerosi gruppi di invertebrati come molluschi, crostacei, e insetti, come anche in tutti i maggiori gruppi di vertebrati (Wiltschko e Wiltschko, 1995; Lohmann e Lohmann, 2006).

Tuttavia la bussola è spesso insufficiente a guidare un animale verso una specifica destinazione, per esempio, una tartaruga che migra attraverso l’oceano verso un obiettivo distante può essere spostata dalla sua rotta dalle correnti, e deve quindi riferirsi ad altri sistemi di orientamento. Un altro tipo di informazioni magnetiche, quelle posizionali o di mappa, possono essere allora

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utilizzate per stabilire la propria posizione relativa alla destinazione, cosicché l’animale può stabilire la direzione da tenere e navigare verso l’area target specifica correggendo eventualmente la rotta (Lohmann e Lohmann, 2006).

Il campo magnetico terrestre assomiglia, ad una prima approssimazione, ad un campo generato da un dipolo magnetico posto al centro della terra (fig. 5), in cui le linee del campo lasciano l’emisfero Sud e curvano intorno al globo prima di rientrare nel pianeta nell’emisfero Nord.

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Su ogni punto della superficie terrestre, il campo geomagnetico terrestre è descritto da un vettore magnetico che può essere scomposto in 7 componenti (fig. 6). •

Declinazione

(D) •

Inclinazione

(I) •

Intensità Totale

(F) •

Intensità Verticale

(Z) •

Intensità

Orizzontale

(H) •

Componente Nord

(X)

•

Componente Est

(Y)

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La

Declinazione

_{rappresenta l’angolo formato tra la proiezione del vettore} campo magnetico totale sul piano orizzontale (H), e la direzione geografica del Nord (X). L’

Inclinazione

_{invece è l’angolo fra il piano orizzontale (H) e il vettore del} campo magnetico totale (F). La

Declinazione

_{è considerata positiva, quando} l’angolo misurato si trova a nord del vettore Nord reale, e negativo quando è a Ovest. L’

Inclinazione

_{è considerata positiva, quando è diretta verso il basso.}

L’intensità totale del campo magnetico terrestre è compresa fra 25,000 – 65,000 nT circa. L’

Intensità Verticale

_{(Z) è la proiezione dell’}

Intensità Totale

del campo magnetico lungo il piano verticale, ed è considerata positiva quando è diretta verso il basso. L’

Intensità Orizzontale

_{(H) è scomposta nella componente} (X), che è positiva quando è diretta verso il NORD geografico, e nella componente (Y), che è positiva quando è diretta verso l’EST geografico.

I vari parametri geomagnetici variano in modo abbastanza predicibile attraverso la superficie terrestre (fig. 7). Ad esempio in ogni punto del globo le linee del campo magnetico intersecano la superficie con un angolo specifico di inclinazione. All’equatore magnetico, le linee di campo sono parallele alla superficie terrestre e l’angolo di inclinazione è 0°. Le linee diventano sempre più inclinate procedendo verso i poli magnetici, dove le linee diventano perpendicolari alla superficie della terra. In questo modo l’angolo di inclinazione varia in modo predicibile con la latitudine, e un animale capace di percepire questo parametro potrebbe essere in grado di stabilire se nel punto in cui si trova è il nord o il sud di una data area. Anche l’intensità totale del campo magnetico varia come l’inclinazione lungo la superficie della terra più o meno secondo un gradiente latitudinale. In generale il campo magnetico ha un valore maggiore vicino ai poli magnetici e minore vicino all’equatore.

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Per visualizzare come variano i parametri del campo magnetico lungo la superficie terrestre, è utile tracciare le isolinee dei valori dei parametri su una mappa geografica. Le isolinee rappresentano linee lungo le quali un parametro ha sempre lo stesso valore. Le isocline rappresentano le variazioni dell’inclinazione (fig. 8), mentre le isodinamiche le variazioni dell’intensità.

Figura 7. Le linee del campo magnetico intersecano la superficie terrestre, e l’angolo d’inclinazione varia con la latitudine.

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Figura 8.Isocline lungo le coste dell'Africa. Le isocline adiacenti rappresentano variazioni di 2°, mentre le linee più scure di 10°.

Come già accennato, gli

hatchlings

delle tartarughe marine dopo aver lasciato la spiaggia, utilizzano come stimolo orientante le onde per dirigersi verso il mare aperto. Una volta che si trovano lontano dalla spiaggia e le informazioni sulla direzione delle onde non sono più utilizzabili, gli

hatchlings

utilizzano altre informazioni per guidare i loro movimenti verso le zone pelagiche di sviluppo.

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I piccoli di tartaruga sono in grado quindi di percepire il campo magnetico terrestre, ed utilizzarlo per mantenere una direzione magnetica preferita derivata da altri stimoli orientanti. Gli esperimenti mostrano infatti, che essi non sono in grado di stabilire una direzione magnetica, ma di mantenere quella stabilita durante la fase precedente in cui hanno utilizzato le informazioni derivanti dalla direzione delle onde. Inoltre è stato rilevato che i piccoli sono in grado di derivare informazioni dal campo magnetico terrestre per rimanere all’interno dei grandi sistemi di circolazione oceanica, dove trascorrono i successivi stadi di sviluppo (Lohmann, 2001).

Gli

_hatchlings

_{compiono la loro prima migrazione verso vaste zone} dell’oceano senza una meta precisa, al contrario i giovani e gli adulti riescono a tornare, dopo lunghe migrazioni, in specifiche zone di foraggiamento, indicando che si avvalgono di una mappa che permette loro di stabilire la propria posizione rispetto alla meta.

Esperimenti recenti compiuti su tartarughe verdi giovani, hanno indicato che i giovani hanno una sorta di mappa magnetica che permette loro di raggiungere specifici obiettivi (Lohmann e Lohmann, 2004). In questi esperimenti, le tartarughe, catturate da siti di foraggiamento lungo le coste della Florida, furono messe in un’arena in cui poteva essere controllato e variato a piacere il campo magnetico terrestre. Per testare la capacità dei giovani di utilizzare le informazioni magnetiche furono riprodotti due campi magnetici equivalenti a due siti posizionati alcune centinaia di km a nord e a sud del punto di cattura.

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equivalente a quello presente a nord del punto di cattura si orientavano verso sud, e viceversa nell’altro caso erano dirette verso nord, dimostrando che le tartarughe

rispondevano alle variazioni del campo magnetico orientandosi nella direzione che le avrebbe portate nel punto in cui erano state catturate.

Questi risultati dimostrano che le tartarughe giovani acquisiscono la capacità di utilizzare le informazioni magnetiche in maniera più complessa rispetto agli

hatchlings

, usandole come componente di una mappa per navigare, che permette la determinazione della posizione rispetto a una specifica destinazione geografica riferendosi all'inclinazione e l'intensità del campo magnetico terrestre (Lohmann e Lohmann, 2004).

Le tartarughe adulte potrebbero usare uno solo dei parametri magnetici, come l’inclinazione o l’intensità, per raggiungere un determinato obbiettivo come le zone di foraggiamento o di nidificazione lungo le coste. Le varie zone della costa avranno specifici valori di inclinazione e intensità , conoscendo il valore del parametro della zona da raggiungere, dovranno seguire le isolinee fino a trovare il valore corrispondente. Lo stesso metodo potrebbe essere utilizzato per localizzare qualsiasi obiettivo specifico nell’oceano, come le isole remote, infatti, se la tartaruga conoscesse il valore di un parametro che esiste all’isola, basterebbe che lo ritrovasse lungo la isolinea del parametro passante per l’isola (Lohmann e Lohmann, 2006).

Alternativamente le informazioni di due parametri (come inclinazione e intensità) potrebbero essere utilizzate insieme, rendendo la tartaruga capace di localizzare un obiettivo in mezzo all’oceano, come un’isola. In molte regioni

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oceaniche, le isocline (linee con uguale angolo di inclinazione) e le isodinamiche magnetiche (linee di uguale intensità) variano in differenti direzioni, in questo modo ogni località è caratterizzata da una diversa combinazione di parametri magnetici. In una tale mappa magnetica bi-coordinate le isocline e le isodinamiche potrebbero così formare una griglia in modo tale che ogni punto è definito da un’unica combinazione di inclinazione e intensità (Lohmann e Lohmann, 1996). Una situazione del genere la possiamo osservare nella zona dell’Isola di Ascensione, Oceano Atlantico (fig. 9), e nell’Isola di Tromelin, Oceano Indiano occidentale (fig. 10). La griglia formata dai due parametri magnetici, seppure non ortogonale, potrebbe essere usata per determinare la propria posizione rispetto all’isola da raggiungere.

Figura 9. Isocline e isodinamiche attorno all’Isola di Ascensione. Le Isocline sono allineate in direzione NE-SO, le Isodinamiche in direzione NO-SE.

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Figura 10. Isocline e Isodinamiche nell’Oceano Indiano occidentale. Le isocline sono allineate in direzione E-O, le isodinamiche in direzione N-S.

Nel mio lavoro di tesi è stata valutata la possibilità che, nell’area del Canale di Mozambico, dove sono avvenuti gli esperimenti di dislocamento, i parametri del campo magnetico terrestre siano stati utilizzati in qualche modo per stabilire la posizione e la navigazione delle tartarughe marine verso l’Isola di Europa.

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L’andamento dei venti

La scelta di prendere in considerazione l’andamento dei venti nel Canale di Mozambico deriva dall’ipotesi che informazioni portate dai venti provenienti dall’area verso cui sono dirette, guidi le tartarughe marine verso la destinazione.

Questa ipotesi è stata formulata a seguito di esperimenti di dislocamento con le tartarughe dell’Isola di Ascensione, che hanno mostrato come il modo di approccio all’isola avveniva da una direzione opposta a quella del vento, suggerendo un ruolo importante delle informazioni portate dal vento nella navigazione (Hays et al., 2003; Åkesson et al., 2003). Alcune delle tartarughe infatti, hanno mostrato di ricercare una posizione che permettesse un approccio all’Isola di Ascensione nelle direzione da cui proveniva il vento. Non si conosce la natura delle informazioni trasportate dal vento, ma si suppone che possano essere di tipo odoroso o acustico (Hays et al., 2003).

I risultati forniti da questi esperimenti mi hanno spinto ad analizzare la possibile influenza del vento, e quindi delle possibili informazioni da esso portate, anche negli esperimenti di dislocamento effettuati all’Isola di Europa situata nel Canale di Mozambico. L’intento è stato quello di valutare se l’approccio delle tartarughe all’Isola di Europa è avvenuto sottovento o sopravento.

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Il decorso delle correnti

I movimenti delle tartarughe marine avvengono in mare aperto, un ambiente in cui le correnti e le caratteristiche oceanografiche correlate sono probabilmente fattori ambientali importanti che possono influire sulla navigazione delle tartarughe e i loro spostamenti.

In teoria ci sono vari modi in cui le correnti oceaniche possono influenzare le tartarughe. In animali diretti verso una meta ben precisa come avviene nelle migrazioni o in seguito a dislocamento, il flusso delle correnti oceaniche ha un notevole effetto sul movimento delle tartarughe creando delle forze che le spingono in una data direzione non sempre concorde a quella di nuoto. Effetti meno predicibili possono essere prodotti dalle correnti più deboli o da quelle ai bordi delle correnti principali, dove si formano strutture come vortici in cui le correnti seguono un moto rotatorio.

Gli effetti delle correnti sui movimenti oceanici delle tartarughe sono soprattutto dannosi, quando le tartarughe attraversano l’oceano dirette verso specifiche aree, come avviene durante certe migrazioni. Anche quando il movimento in una direzione è facilitato dalla corrente, il viaggio di ritorno può essere ostacolato fino al punto in cui l’effetto netto è nullo. Molto più importanti, sono gli effetti provocati dalle correnti laterali, che possono deviare le tartarughe dalla rotta ottimale verso la meta, spostandole lateralmente.

Le tartarughe marine, come molti altri animali nuotatori, non sono in grado di percepire la deriva delle correnti in assenza di riferimenti esterni. Come conseguenza, le tartarughe non possono immediatamente compensare l’azione di deriva delle correnti, che, durante le migrazioni in mare aperto può

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trasportarle fuori rotta o molto lontano dalla meta prefissata. Questi errori devono essere compensati in qualche modo, e anzi e proprio per spiegare l’abilità di compensare queste deviazioni, che si è spesso ipotizzato che le tartarughe abbiano un sistema di vera navigazione che permetta loro di stabilire la posizione su scala globale.

La maggior parte di questi processi oceanografici possono essere registrati attraverso sistemi di

_{remote-sensing}

satellitari, tramite i quali è possibile monitorare vari parametri come la temperatura e l’altezza della superficie del mare. Nonostante i progressi fatti con la telemetria satellitare nella ricostruzione delle rotte seguite dalle tartarughe durante i loro spostamenti, l’influenza delle correnti sulla navigazione delle tartarughe è ancora poco chiara (Luschi et al., 2003).

Nel mio lavoro di tesi, al fine di comprendere se le tartarughe durante gli esperimenti di dislocamento siano state influenzate dalle correnti, ho analizzato la situazione oceanografica presente nel Canale di Mozambico, dove sono avvenuti gli esperimenti di dislocamento. L’area di interesse è un’area oceanografica altamente dinamica, poiché è percorsa da una serie di vortici (eddies) anticiclonici (larghi in diametro circa 200 km), che determinano uno spostamento delle masse d’acqua verso sud lungo la costa Africana.

Informazioni sulle correnti incontrate dalle tartarughe nei loro movimenti, sono state studiate attraverso dati oceanografici di derivazione satellitare sull’altezza del mare. Questa procedura normalmente non consente di ottenere una situazione affidabile delle reali correnti presenti in una data area, visto che in questo modo non sono considerate altre componenti, come quella geostrofica o l’effetto di Ekman, che possono avere un effetto rilevante sulla corrente. Nell’area

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del Canale di Mozambico tuttavia, possiamo ricavare informazioni affidabili sull’influenza delle correnti nella navigazione delle tartarughe, anche analizzando le sole anomalie altimetriche del livello del mare (C. Girard, pers. comm.).

Queste rappresentano la differenza fra l’altezza media del livello del mare calcolata _{in un certo periodo e quella in un dato momento, e forniscono} informazioni sulla presenza di fenomeni oceanografici transienti, come vortici, o su processi a mesoscala. Le anomalie sono rappresentate da aree positive e negative in immagini con schemi a falsi colori, che indicano la presenza di vortici di correnti. In questi vortici le correnti seguono una traiettoria circolare, che nell’emisfero australe risulta in senso orario, nel caso delle anomalie negative, mentre ruota in senso antiorario nel caso delle anomalie positive, come si può osservare nella fig. 11.

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Figura 11.Schema a falsi colori che mostra le anomalie dell'altezza del mare nel Canale di Mozambico, nell’Oceano Indiano occidentale.