Bussola magnetica. Nord geografico. Nord magnetico

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1 Bussola magnetica Nord geografico Nord magnetico S N

2 Il vettore campo magnetico Declinazione Piano dell orizzonte Componente orizzontale E Inclinazione Componente verticale Vettore magnetico

3 Il vettore campo magnetico Emisfero magnetico Nord Emisfero magnetico Sud Il vettore è inclinato verso il basso la componente orizzontale punta verso il la componente orizzontale punta verso il polo Il vettore è inclinato verso l alto la componente orizzontale punta verso il la componente orizzontale punta verso l equatore

4 Situazione naturale nei due emisferi (magnetici) Emisfero Nord Emisfero Sud Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore

5 Esperimenti di orientamento magnetico Pettirosso (Erithacus rubecula) Wiltschko & Wiltschko 1999 Impiego Campo magnetico delle informazioni locale Campo direzionali magnetico (componente orizzontale) fornite dal vettore magnetico ruotato di 120

6 Caratteristiche funzionali della bussola magnetica

7 Esperimenti dei coniugi Wiltschko con pettirossi in inquietudine migratoria

8 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Situazione naturale (emisfero nord) I Orientamento corretto Rotazione componente orizzontale N Orientamento ruotato Rotazione componente verticale Orientamento ruotato

9 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Situazione naturale Orientamento corretto 66 Rotazione entrambe componenti Orientamento corretto N

10 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Rotazione componente orizzontale N Orientamento ruotato Rotazione componente verticale N Orientamento ruotato Rotazione entrambe componenti Orientamento corretto N

11 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Situazione naturale Orientamento corretto N Rotazione entrambe componenti Orientamento corretto N

12 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Situazione naturale Orientamento corretto N Rotazione entrambe componenti Orientamento corretto N

13 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Bussola a inclinazione Nord Sud

14 Vettore magnetico Comp. orizzontale Comp. verticale Gravita Direzione vettore Bussola a inclinazione Polo Equatore

15 Emisfero Nord Il verso del vettore: Nell emisfero N Va verso N Va verso il polo Va verso il basso Nell emisfero S Va verso N Va verso l equatore Va verso l alto La parte verso il basso della retta del vettore: Emisfero Sud Nell emisfero N Va verso N Va verso il polo Nell emisfero S Va verso S Va verso il polo

16 Il Radical Pair Mechanism nei fotorecettori Campi geomagnetico in Illinois (USA) 50 µt; incl. 68 Pattern identici a 180 (sistema intrinsecamente ad inclinazione) Fornisce due direzioni attraverso la sola infomazione magnetica (necessita integrazione stimoli gravitazionali) Ritz et al. 2000

17 Orientamento magnetico nei ratti talpa Zambian mole rat (Cryptomis anselli)

18 Bussola magnetica a polarità Zambian mole rat (Cryptomis anselli) Marhold et al Campo magnetico naturale Campo magnetico ruotato

19 Bussola magnetica a polarità Campo magnetico naturale Componente orizzontale ruotata Componente verticale ruotata 66 Marhold et al. 1997

20 Bussola magnetica a polarità Campo magnetico naturale Componente orizzontale ruotata Componente verticale ruotata 66 Marhold et al. 1997

21 Altre caratteristiche funzionali della bussola magnetica

22 Finestra funzionale della bussola magnetica Pettirosso (Erithacus rubecula) Allevati in CM naturale (46000 nt) e saggiati ad una differente intensità magnetica Wiltschko et al. 2006

23 Finestra funzionale della bussola magnetica Pettirosso (Erithacus rubecula) Allevati in un campo magnetico alterato a intensità nt (=1.5 G) Wiltschko 1978

24 Bussola magnetica: riassunto Meccanismo di orientamento molto diffuso, dimostrato in varie specie (e.g. Passeriformi, talitri, api, colombo, tartarughe, roditori). Anche in animali con prestazioni di orientamento rilevanti o non migratori (e.g. pulcini, topi, ruminanti) Ruolo in condizioni che impediscono l uso del sole (e.g. di notte, a cielo coperto, sotto terra) Noti alcuni aspetti del funzionamento: a inclinazione in molti casi (uccelli), a polarità in altri. Sistema di bussola innato Possibile sia attraverso magnetorecezione chimica (solo bussole a inclinazione) che tramite magnetite.

25 Meccanismi di magnetorecezione: riassunto Meccanismo Caratteristiche funzionamento Informazioni fornibili Evidenze sperimentali Strutture coinvolte Per induzione Rilevazione dei campi elettrici derivanti dal movimento nel campo magnetico Direzionali, a polarità o inclinazione Presenza di elettrorecettori sensibili negli Elasmoranchi Ampolle del Lorenzini Chimica tramite fotorecettori Modifiche nei prodotti di reazioni chimiche con radicali liberi indotte da fotoeccitazione Direzionali, a inclinazione Effetti sull orientamento di variazioni nella qualità e intensità della luce e dei campi a RF; espressione dei criptocromi nella retina durante l orientamento magnetico Retina (cellule gangliari), vie visive (nbor, tetto ottico) Tramite particelle di magnetite Allineamento delle particelle con campi esterni; influenza su canali ionici meccanosensibili Direzionali (polarità o inclinazione) e di intensità magnetica Presenza di magnetite a dominio singolo o superparamagnetica in varie strutture, anche nervose; effetto dei magnetic pulse sull orientamento. Regione etmoidale - becco; ramo oftalmico del trigemino

26 Fenomeni di Magnetic Alignment

27 Allineamento N-S dei ruminanti Mucche Caprioli Cervi Begall et al. 2008

28 Allineamento N-S dei ruminanti Mucche Caprioli Cervi Begall et al. 2008

29 Allineamento N-S dei ruminanti Lontano dalle linee elettriche Vicino alle linee elettriche Mucche Caprioli Burda et al. 2009

30 Fenomeni di Magnetic Alignment Fenomeni noti da tempo in Insetti (sia durante riposo o nell atterraggio), poi rilevati in Pesci, Anfibi e, recentemente, nei Mammiferi. Tra i mammiferi, studiato nei ruminanti (mucche e cervi) al pascolo o in riposo, anche a seguito di diretta osservazione. Preferenza per l asse N-S (bimodalità). Preferenze direzionali anche in situazioni peculiari, come la disposizione delle carpe in vasche (Hart et al. 2012) o l attacco verso le prede delle volpi (Cerveny et al. 2011) Significato biologico incerto e probabilmente molteplice (ad es. sincornizzazione movimenti del branco, miglioramento possibilità di fuga, mantenimento riferimenti spaziali, aumento attenzione selettiva, stima distanza della preda, ecc...)

31 Bussole biologiche: riassunto

32 Bussole biologiche: riassunto Tipo di bussola Condizioni di funzionamento Evidenze sperimentali Caratteristiche Solare Necessità visibilità del disco solare Esperimenti con lo specchio; effetti del clock-shift Meccanismo cronometrico per compensare moto apparente del sole. Innata o appresa. Pattern di polarizzazione celeste Sufficiente visibilità di parte di cielo (anche notturno), anche coperto Esperimenti con filtri polarizzatori o singoli spicchi di cielo Impiego di pattern semplificato e invariante (api e formiche). Diffusa tra gli invertebrati Lunare Necessita di presenza disco lunare (qualsiasi fase) Esperimenti con lo specchio e con cieli notturni artificiali Compensazione di ritmo lunare si 24.8 h. Nota solo nei talitri. Innata. Stellare Visibiltà delle stelle circumpolari Esperimenti in planetario e di clockshift Non cronometrica. Nota solo negli uccelli. Appresa. Magnetica Ovunque. Esperimenti con campi magnetici artificiali. A inclinazione o a polarità. Innata.

33 Gerarchie e calibrazioni delle bussole biologiche Studiata interazione tra bussola stellare e magnetica negli uccelli tramite esperimenti di cue-conflict. Esperimenti complessi e risultati variabili tra specie e condizioni sperimentali differenti Soprattutto dominanza delle informazioni astronomiche del tramonto (e alba) su cui viene calibrata la bussola magnetica usata di notte. Importanza in natura in casi di forte declinazione magnetica. Ruolo della luce polarizzata al tramonto negli uccelli migratori.

34 Ruolo della visione del tramonto nell orientamento bussolare migratorio Prestazioni di orientamento dei migratori notturni sono migliori se possono osservare il tramonto (sole e pattern di polarizzazione) Informazioni derivanti dalla banda di massima polarizzazione usate per calibrare le bussole usate nei movimenti notturni

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