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L’elefante marino settentrionale (Mirounga angustirostris) è una delle due specie di elefante marino (l’altra è l’elefante marino meridionale). È un membro della famiglia Phocidae (le «vere foche»). Gli elefanti marini devono il loro nome alle grandi dimensioni e alla grossa proboscide dei maschi, utilizzata, soprattutto durante le competizioni riproduttive, per emettere ruggiti straordinariamente potenti. Nelle dimensioni vi è un notevole dimorfismo sessuale, infatti i maschi (detti tori), che raggiungono i cinque metri di lunghezza, sono molto più grandi delle femmine (dette vacche), che ne misurano solo tre. In media, i maschi pesano 1800 kg, mentre le femmine ne pesano 650. Di conseguenza, il loro sistema riproduttivo è altamente poliginico (la poliginia è la relazione poligamica che si instaura tra un individuo di sesso maschile e due o più individui di sesso femminile): un maschio può essere in grado di ingravidare, in una sola stagione, fino a 50 femmine.
Oltre a queste caratteristiche, che assicurano all’animale un ottimo modello di prosecuzione della specie, gli elefanti marini hanno altri assi nella manica dal punto di vista delle strategie biologiche evolutive. Come viene descritto nello studio dell’Università della California- Santa Cruz (UCSC), per la prima volta gli scienziati hanno registrato l’attività cerebrale di un mammifero marino selvatico, rivelandone le abitudini che riguardano il sonno. Le nuove scoperte, pubblicate su Science, mostrano che se una parte della loro vita viene trascorsa dormendo 10 ore al giorno sulla spiaggia -durante la stagione riproduttiva, in media dormono solo 2 ore (al giorno) quando sono in mare, durante i viaggi di foraggiamento che durano anche dei mesi. Dormono per circa 10 minuti per ogni sessione di immersione che ne dura all’incirca 30, spesso nuotando verso il fondale “a spirale” mentre sono addormentate e talvolta rimanendo immobili sul fondo del mare.
“Il sonno è essenziale, ma non tutti i mammiferi vivono in ambienti in cui è possibile trascorrere lunghi periodi di riposo. I mammiferi marini incontrano condizioni particolarmente difficili quando sono in mare. ” scrivono gli autori dello studio dell’l’Istituto di Scienze Marine dell’UCSC. Il laboratorio ha guidato il programma di ricerca sugli elefanti marini dell’UCSC presso la Riserva di Año Nuevo per oltre 25 anni, utilizzando strumenti sempre più sofisticati per tracciare i movimenti e il comportamento di immersione delle foche durante le loro migrazioni per il foraggiamento, quando si dirigono verso l’Oceano Pacifico settentrionale per viaggi di 8 mesi.
“Le registrazioni delle immersioni mostrano che si immergono costantemente, quindi pensavamo che dormissero durante quelle che chiamiamo immersioni alla deriva, quando smettono di nuotare e affondano lentamente, ma non ne avevamo le prove”, ha detto Daniel Costa, il direttore del laboratorio che si è occupato di questa ricerca. “Ora siamo finalmente in grado di dire che dormono sicuramente durante quelle immersioni, e abbiamo anche scoperto che in generale non dormono molto rispetto ad altri mammiferi”.
In effetti, durante i loro mesi in mare, le foche elefante competono con il record di sonno minimo tra tutti i mammiferi, attualmente detenuto dagli elefanti africani, che sembrano dormire solo due ore al giorno in base ai loro schemi di movimento. I cetacei (balene e delfini) e gli otari (foche e leoni marini), anche alcuni uccelli, tengono sveglio un lato del cervello mentre l’altro dorme (sonno uniemisferico). Nella maggior parte degli altri mammiferi, compresi i focidi (foche reali) e gli esseri umani, entrambi gli emisferi del cervello dormono contemporaneamente.
Perché dormire sott’acqua?
Gli elefanti marini sono più vulnerabili ai predatori (squali e orche), quando si trovano in superficie nell’oceano aperto; quindi, passano solo uno o due minuti a respirare in superficie tra un’immersione e l’altra. Secondo i rilevamenti dei ricercatori, sono in grado di trattenere il respiro per molto tempo, quindi possono addormentarsi profondamente durante le immersioni in profondità, sotto la superficie, dove sono più sicure. Il team di biologi marini è riuscito ad ottenere queste informazioni grazie ad un sistema in grado di registrare in modo affidabile l’attività cerebrale (come elettroencefalogramma o EEG) dei Mirounga angustirostris durante il loro normale comportamento di immersione in mare. Con una cuffia in neoprene per fissare i sensori EEG e un piccolo registratore di dati (data logger) per registrare i segnali, il dispositivo può essere recuperato quando gli animali tornano sulla spiaggia di Año Nuevo. “Abbiamo usato gli stessi sensori che si usano per uno studio del sonno umano in una clinica del sonno e un adesivo flessibile e rimovibile per fissare la cuffia in modo che l’acqua non potesse entrare e disturbare i segnali”, ha detto una delle autrici dello studio, Jessica Kendall-Bar. Oltre al sistema EEG, le foche portavano con sé registratori di profondità, accelerometri e altri strumenti che hanno permesso ai ricercatori di seguire i movimenti delle foche e la corrispondente attività cerebrale. Le registrazioni mostrano che le foche subacquee entrano nello stadio di sonno profondo noto come sonno a onde lente, mantenendo una planata controllata verso il basso, per poi passare al sonno a movimenti oculari rapidi (REM), quando la paralisi del sonno le fa capovolgere e andare alla deriva verso il basso in una “spirale di sonno”. “Entrano nel sonno a onde lente e mantengono la postura del corpo per diversi minuti prima di passare al sonno REM, quando perdono il controllo posturale e si capovolgono”, spiega Kendall-Bar.
Alle profondità a cui questo accade, le foche hanno di solito una spinta negativa e continuano a cadere passivamente in una spirale a forma di cavatappi “come una foglia che cade”.
Le registrazioni del sonno
Per sviluppare il nuovo strumento EEG, Kendall-Bar lo ha utilizzato prima sugli elefanti marini ospitati temporaneamente nelle strutture per mammiferi marini del Long Marine Laboratory dell’UCSC. Il passo successivo è stato quello di impiegarlo sugli animali della colonia della Riserva di Año Nuevo, a nord di Santa Cruz, dove i ricercatori hanno potuto osservare gli animali sulla spiaggia. “Ho passato molto tempo a osservare le foche addormentate”, ha detto Kendall-Bar. “Il nostro team ha monitorato le foche che abbiamo equipaggiato con la strumentazione necessaria allo studio per assicurarsi che fossero in grado di reintegrarsi nella colonia e che si comportassero in modo naturale”. Alcune di queste foche hanno fatto brevi escursioni in acqua, ma per osservare il comportamento in immersione i ricercatori hanno utilizzato una procedura di traslocazione sviluppata dal laboratorio di Costa. Le femmine di foca elefante giovani, dotate di sensori EEG e tracker, sono state trasportate da Año Nuevo a Monterey e rilasciate su una spiaggia all’estremità meridionale della baia di Monterey. Nei giorni successivi, gli animali sono tornati a nuotare verso Año Nuevo attraverso il profondo Canyon di Monterey, dove il loro comportamento di immersione è stato molto simile a quello osservato durante i viaggi di foraggiamento più lunghi nell’oceano aperto. Grazie ai dati sull’attività cerebrale e sul comportamento in immersione di 13 giovani femmine di M. angustirostris , per un totale di 104 immersioni nel sonno, Kendall-Bar ha sviluppato un algoritmo molto accurato per identificare i periodi di sonno sulla base dei soli dati delle immersioni. Questo le ha permesso di stimare le quote di sonno per 334 foche adulte utilizzando i dati delle immersioni registrate durante i mesi dei loro viaggi di foraggiamento e creare dei modelli sottoforma di animazioni guidate dai dati, in modo da poter visualizzare realmente ciò che l’animale sta facendo mentre si immerge nella colonna d’acqua. “Grazie alla serie di dati che Dan Costa ha raccolto in 25 anni di lavoro con le foche elefante ad Año Nuevo, sono stata in grado di estrapolare i nostri risultati da più di 300 animali e di ottenere un’analisi del comportamento del sonno a livello di popolazione”, ha detto Kendall-Bar, che ora intende utilizzare metodi simili per studiare l’attività cerebrale in altre specie di foche e leoni marini e negli apneisti umani. Secondo i ricercatori, i risultati possono essere utili per gli sforzi di conservazione, in quanto rivelano una “panoramica del sonno” di aree di riposo preferite, suggerendo che: “Di solito ci preoccupiamo di proteggere le aree in cui gli animali vanno a nutrirsi, ma forse i luoghi in cui dormono sono importanti quanto qualsiasi altro habitat critico“.
