Le penne degli uccelli: un capolavoro di ingegneria

Dal corrispondente di “Svegliatevi!” in Canada

IN GIARDINO un colibrì in tutto il suo iridescente splendore è sospeso sopra un delizioso fiore e ne sta succhiando il nettare. Allo zoo un pavone cammina impettito ostentando le magnifiche penne della coda aperte a ventaglio in un abbagliante sfoggio di colori. Lo splendore di questi uccelli, naturalmente, è dovuto al piumaggio.

Per il guardaroba umano, il sarto, la sarta e la modista scelgono tessuti di molti tipi e colori. Che interessanti varietà di abiti ottengono con le loro pezze di lana, cotone, seta e tessuti sintetici! Il manto degli uccelli, invece, è fatto di un solo materiale, la cheratina. Questa dura, cornea sostanza proteica è ciò che forma le nostre unghie nonché gli zoccoli e gli artigli degli animali. Con essa il grande Ideatore del guardaroba degli uccelli ha di gran lunga superato in bellezza, varietà e utilità la fantasia dei creatori umani di moda.

Delicate eppure resistenti

Come un tubo cavo ha dei vantaggi rispetto a una sbarra piena, così il calamo cavo, la parte basale di una penna, è simile a un osso per resistenza, mentre ha solo una frazione del peso di un osso. È anche la parte più spessa di una penna, ed è impiantato in un follicolo nella cute dell’uccello.

Il calamo è poi seguito dalla rachide, sulla quale sono inserite da ciascun lato, parallelamente, le barbe. Ad angolo retto rispetto a ciascuna barba vi sono piccole proiezioni dette barbule munite di minuscoli uncini che si agganciano fra loro, creando un tessuto resistente eppure abbastanza flessibile da piegarsi liberamente o ripetutamente senza rompersi.

Se, per caso, le penne si aprono, l’uccello non fa altro che lisciarle col becco finché le barbe non sono di nuovo unite. Rimesse a posto tutte le penne arruffate, esso è ben isolato dal freddo, oltre ad avere un copricapo e un mantello impermeabile. Nelle anatre e in altri uccelli acquatici si è notato che le penne deviano perfino i pallini da caccia!

Come si formano

Il germe della penna si forma in un piccolo follicolo nella cute dell’uccello. Mentre si sviluppa, avvengono meravigliosi e complessi cambiamenti. All’interno di una guaina si sviluppano eccezionali segmenti, avvolti strettamente attorno alla rachide. Sono avvolti così bene che vedendo la penna completamente sviluppata ci sarebbe da chiedere: Come faceva a stare tutto in uno spazio così ristretto?

Completato lo sviluppo, i vasi sanguigni che hanno alimentato le cellule della crescita si seccano, la guaina si rompe, l’uccello elimina rapidamente il materiale di rifiuto e liscia col becco la nuova penna. Ora la penna è essenzialmente tessuto morto che non ha più bisogno d’essere nutrito dal torrente sanguigno dell’uccello: un vero vantaggio economico per il suo sistema circolatorio.

Varietà di penne

Ci sono penne di svariate forme, dimensioni, colori e tipi. La maggioranza di esse ha una specifica funzione, mentre altre hanno semplicemente uno scopo ornamentale. Gli uccelli sono dotati di penne, ciascuno in proporzione ai suoi bisogni: i più grossi non ne hanno in sovrappiù, mentre i nani del regno dei pennuti non ne hanno troppo poche. È stato fatto un conto effettivo, e uno degli uccelli più grossi, il cigno cantore, aveva 25.216 penne, mentre il minuscolo colibrì dalla gola color rubino, in tutto il suo splendore, ne aveva 940!

Tra le penne che svolgono una funzione c’è il piumino, soffici piume dalla forma delicata che provvedono ai nostri amici pennuti un isolante “termico”. Alla lente di ingrandimento si possono distinguere lunghe e flessibilissime barbule senza uncini. La leggerissima massa informe delle soffici ramificazioni delle piume isola il corpo dell’uccello, mantenendolo caldo quando fa freddo e fresco quando fa caldo.

Alcuni uccelli hanno un piumino più abbondante di altri. L’edredone, o oca d’Islanda, è uno di questi. Infatti il setoso, soffice sovrappiù di piumino serve da isolante per rivestire il nido con “copertine per la culla”, il non plus ultra per i suoi piccoli coccolati! Anche il pinguino imperatore dell’Antartide ha una coltre di piumino sotto le penne di contorno impermeabili e a prova di vento. Questo gli permette di restare immobile, senza mangiare, per circa tre mesi, mentre cova l’uovo sopra le zampe, resistendo nello stesso tempo a venti che soffiano a 80 chilometri orari e a temperature inferiori ai 50 gradi centigradi sotto zero!

Per quanto riguarda le penne di contorno, esse sono fatte per dare al corpo dell’uccello una forma aerodinamica, essendo disposte in un certo modo secondo la specie. La rachide centrale è leggermente incurvata per seguire le superfici del corpo ed è sempre girata in direzione della coda e opposta al becco. Alla base ha una certa quantità di piumino proprio vicino alla cute, moderatamente coperta dalla successiva fila di penne.

Avete mai visto una madre che arruffava le penne per coprire le uova o i piccoli appena usciti dal guscio? Le penne di contorno sono attaccate a muscoli e fibre nella cute che possono farle sollevare in questo modo. Ciò permette anche all’uccello di pulire “a secco” o di risistemare il piumaggio secondo il bisogno, o di imprigionare più aria per scopi isolanti o di condizionamento dell’aria.

Forse ancora più interessanti sono le penne che sostengono l’uccello nel volo, le “eliche” che provvedono portanza e movimento all’uccello nell’aria. Una sola di esse può essere formata di un milione di parti ingegnosamente costruite e inserite le une nelle altre. All’estremità di ciascuna ala ci sono le dieci o più remiganti primarie, che costituiscono in sostanza la principale unità di propulsione di tutta l’ala. Ci sono poi diciassette remiganti secondarie, che, come le primarie, hanno un calamo e un prolungamento della rachide eccezionalmente forti e attaccati alla struttura ossea. Sono tutte in grado di girare sul loro asse, il che permette loro di sovrapporsi strettamente nel volo discendente e di aprirsi come una veneziana nel volo ascendente. Penne terziarie incredibilmente leggere coprono il resto della struttura alare, dando luogo a un piano a profilo aerodinamico di ineguagliata perfezione.

Nella coda ci sono le penne timoniere, che grazie a possenti muscoli possono appiattirsi, aprirsi a ventaglio, piegarsi o inclinarsi a piacere. Queste penne, in numero di dieci o più, servono allo stesso scopo del timone, degli stabilizzatori, degli ipersostentatori e degli alettoni di un aereo durante il decollo e il volo e come freno ad aria compressa per l’atterraggio.

Colorazione

Il meraviglioso sfoggio di colori che vediamo nel regno dei pennuti è a dir poco affascinante. Azzurro, verde, giallo e rosso formano un bell’accostamento nel settecolori, mentre il maschio del cardinale sfoggia in pubblico una livrea rosso vivo dalla cima della testa alla punta della coda, con il solo contrasto del nero della testa.

Il colore delle penne di molti uccelli varia secondo l’ambiente. Il bel piumaggio della pernice bianca cambia da marrone d’estate a un bianco quasi puro d’inverno, un perfetto mimetismo per le regioni artiche. Tra la lussureggiante vegetazione della giungla va molto di moda il verde acceso. Nelle regioni desertiche, per passare inosservati ai predatori, gli uccelli indossano una livrea dalle sfumature color sabbia.

Il colore delle penne è il risultato di un insieme di struttura, pigmentazione e raggi riflessi. Le penne bianche hanno una struttura microscopica che riflette completamente la luce bianca. Per produrre le tonalità azzurre, nelle barbule ci sono minuscole particelle che piegano, disperdono e riflettono solo i raggi di luce azzurra. Le sfumature verdi sono prodotte da un insieme di particelle verdi e di pigmento giallo, mentre le penne contenenti pigmento rosso assorbono la parte azzurro-verde della luce bianca, riflettendo così solo le lunghezze d’onda rosse. È il modo meraviglioso in cui sono conformate le penne a dare ai nostri occhi la possibilità di deliziarci con le piume variopinte degli uccelli.

Iridescenza

Un naturalista inglese descrive il colibrì in questo modo: “Adesso somiglia a un rubino, un attimo dopo a un topazio, poi a uno smeraldo e quindi di nuovo a oro scintillante”. Il famoso naturalista e pittore americano Audubon definisce questi splendidi pennuti “deliziosi frammenti dell’arcobaleno”. Perché? Per l’iridescenza delle loro penne.

A che cosa è dovuta l’iridescenza? Minuscole e precise particelle riflettenti generano una complessa azione ottica detta interferenza. Mediante la riflessione eliminano certe componenti dei raggi di luce e ne rinforzano altre. Il risultato: un momentaneo fulgore di colore puro sulla superficie della penna che cambia quando i raggi di luce incidono da angoli diversi. Poi, altrettanto rapidamente, il fulgore svanisce.

Un rimarchevole esempio di iridescenza è l’“occhio” delle penne della coda di pavone. Ciascuna barba che passa attraverso l’“occhio” può avere tre o quattro zone di colore. Ciò richiede migliaia di particelle che riflettono la luce disposte minuziosamente ogni tre millimetri della barba. Quindi miliardi di queste molecole devono essere sostituite di anno in anno senza la minima modificazione al tempo della muta quando l’uccello rinnova le penne. I colori sparirebbero se ci fosse un’alterazione anche solo di un millesimo di millimetro!

Caratteristiche particolari

Nel mondo dei pennuti ci sono molte stranezze. Il picchio ha penne rigide sulla coda, che, come i ramponi di ferro usati da un guardafili, lo sorreggono quando si arrampica su un albero! La pernice bianca ha lunghissime penne sporgenti sulle zampe che d’inverno le servono da “racchette da neve”. I piccoli della grandula mediterranea ricevono la loro quotidiana razione d’acqua trasportata sulle penne assorbenti del petto del maschio. Alcuni beccaccini e pernici spingono l’acqua attraverso speciali penne “musicali” che hanno nelle ali per produrre un suono musicale. Le oche usano le possenti penne delle ali come armi. Da non dimenticare sono i raffinati maschi del mondo dei pennuti che corteggiano le femmine sfoggiando le loro piume. Fra questi ci sono la gru pavonina, l’airone con il suo ciuffo, gli indimenticabili uccelli del paradiso e l’uccello lira australiano.

Le penne sono davvero un capolavoro di ingegneria! Il merito di questa bellezza e di questa funzionalità va interamente al grande Creatore e Progettista.

[Diagramma a pagina 22]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

RACHIDE

BARBA

BARBULA