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Se si fosse guardato alle spalle poco prima che il "grande pesce" lo inghiottisse, la biblica Giona avrebbe avuto una visione invidiabile. Invidiabile, cioè se sei Alex Werth, un biologo senza sbocco sul mare che studia l'anatomia alimentare delle balene. "Ah, essere Giona e guardare Baleen in azione da un posto sulla lingua di una balena", dice.
Baleen è l'apparato che le balene senza denti fanno affidamento per filtrare il cibo dal mare. Centinaia di questi piatti flessibili, fatti di cheratina proteica strutturale, crescono verso il basso dalla mascella superiore di una balena, allineati come le stecche delle tende alla veneziana. Montare i piatti nella bocca richiede una grande mascella superiore, dando alle balene di balena una specie di sorriso capovolto.
La struttura alimentare si è evoluta gradualmente circa 30 milioni di anni fa quando gli oceani erano pieni di balene dentate in competizione per cibo limitato. Avendo sviluppato uno strumento e un gusto per altri tipi di prede, le balene di balena, conosciute collettivamente come misticeti, alla fine si separarono e divennero in 12 o più specie tra cui la balenottera azzurra, l'animale più grande che sia mai vissuto, insieme a megattere, grigi e balene giuste. E, almeno fino a quando i balenieri commerciali americani non iniziarono a inseguire pesanti circa 200 anni fa, questi alimentatori relativamente passivi che ingurgitavano piccoli animali marini dalla tonnellata andavano bene.
"Baleen ha cambiato tutto", afferma Werth. "Eppure la nostra comprensione degli aspetti di questa anatomia è ancora sottilissima". Molti scienziati concordano sul fatto che l'alimentazione del filtro abbia trovato piede nell'Oligocene (33, 9-23 milioni di anni fa), poiché i cambiamenti nelle correnti dell'Oceano Meridionale hanno portato enormi fioriture di plancton - un nuovo alimento pronto fonte. (È interessante notare che gli animali non sono nati come giganti. Un nuovo rapporto pubblicato nel maggio 2017 suggerisce che il loro gigantismo è arrivato più tardi, forse tre milioni di anni fa, quando le prede sono diventate più strette ma più patchiose, il risultato di intensi abbattimenti nutrizionali. lo stile da pranzo favoriva le balene che potevano nutrirsi allo stesso tempo ed erano abbastanza ingombranti da viaggiare lontano tra le patch: le balene baleen crescevano per soddisfare la sfida.)
Il tempo stimato di arrivo delle balene balene è dove finisce il terreno comune tra gli scienziati. Pochi concordano, afferma Werth, sui passi attraverso i quali il sistema di filtrazione si è evoluto nelle balene, su come le forme intermedie alimentate (probabilmente per aspirazione, secondo l'ultimo ritrovamento fossile), "o persino come [i baleen] lavorano con le forze e i flussi del mare."
Ma mentre parte del profondo passato delle balene continua a essere perplesso, oggi gli scienziati hanno scoperto una fonte inaspettata di chiarezza, una dettagliata mappa del tesoro nascosta all'interno di Baleen. Le informazioni associate alla cheratina, sia nella proteina che a fianco, contengono timestamp chimici e dati sulla salute, i movimenti e la riproduzione delle balene. "È come se questi animali avessero tenuto un diario quotidiano e all'improvviso possiamo vedere quello che hanno scritto", afferma l'endocrinologa Kathleen Hunt della Northern Arizona University. E la narrazione che si svolge dal Baleen potrebbe informare la conservazione delle balene in modi completamente nuovi.
In che modo le balene hanno fatto il salto dall'uso dei denti alla balla? I ricercatori della Museums Victoria e della Monash University in Australia, con l'aiuto di Alfred, una balena fossile vecchia di 25 milioni di anni, ti portano le ultime scoperte scientifiche.
Il laboratorio di Werth all'Hampden-Sydney College in Virginia, dove studia l'idromeccanica dei balleen, ha un odore un po 'sbalorditivo. Baleen è ovunque: lunghe mensole essiccate si trovano sugli scaffali; un brivido di piatti alti e sottili avvolti in plastica, le loro estremità gommose inzuppate di conservante, si appoggia in un angolo. E poi ci sono i 160 chilogrammi di balle fresche in barili strettamente chiusi nella hall, appena arrivati da collaboratori dell'Alaska.
Le vecchie balle si sdoppiano come le unghie, il che rivela la sua struttura: ogni piatto curvo è costituito da due strati piatti di cheratina con file di tubuli, come bobine in miniatura di carne di pranzo strettamente arrotolata, intrecciate tra di loro. L'enorme lingua della balena e la sua preda che lavano dentro e fuori abradono il materiale, liberando una sorta di frangia ai bordi: ciò che Aristotele paragonava alle "setole di maiale". La ruvidezza di quei filamenti, proprio come la dimensione, la forma e il numero di piatti baleen, dipende dalla specie, ed è questa roba pelosa che separa il cibo da ogni boccone di acqua di mare.
L'alimentazione del filtro potrebbe aver fatto avanzare i mistici milioni di anni fa, ma oggi gli oceani stanno subendo rapidi cambiamenti, specialmente nelle regioni un tempo popolate di ghiaccio marino. Werth afferma che "potrebbe avere effetti disastrosi anche sugli animali marini più adattivi".
Considera la balena di prua. L'elegante mammifero nero con la macchia bianca dell'anima, originaria delle acque più fredde della Terra, è al centro del cambiamento ambientale. Trascorre tutta la sua vita nell'Artico, muovendosi stagionalmente con il bordo del ghiaccio del ghiaccio mentre si forma e si ritira. Nutrendosi di quasi due tonnellate di zooplancton fresco ogni giorno, le teste di prua crescono grandi, da alcune a 18 metri, e vivono a lungo, verso l'alto di 100 anni, forse il più lungo di qualsiasi mammifero moderno.
Per un ricercatore baleen, la specie è oro puro. Ha più e più lunghe piastre di balle (fino a 350 per lato a quattro metri l'una) di qualsiasi altra balena, incluso il blu gigantesco. Molti indigeni dell'Alaska che cacciano legalmente le teste d'arco condivideranno i balli con i ricercatori, quindi i barili di Werth nella sala. Le reti che si occupano di balene forniscono un'altra fonte. Campioni più vecchi, risalenti alle spedizioni di caccia alla balena della metà del 1800, raccolgono polvere negli armadietti dei musei e nelle collezioni private, maturi per lo studio.
Kathleen Hunt, come Werth, sta sfruttando questa risorsa. Alla fine, vuole sapere come i bowhead stanno affrontando il crescente impatto umano sul loro ambiente. Lo scioglimento dei ghiacci sta aprendo l'Artico a più traffico navale, esplorazione sismica, sviluppo di petrolio e gas e pesca. Per i mammiferi marini questo si traduce in più attacchi di navi, più intrecci nelle reti da pesca e più rumore. "Sono stressati? L'attività umana sta influenzando la loro riproduzione? ”Chiede. Nessuno sa.
Il ricercatore venne da Baleen come fonte di dati nella disperazione. Sapeva che gli ormoni potevano rispondere a molte delle sue domande, ma le balene sono notoriamente difficili da studiare, tanto meno campioni. "Non puoi mai davvero afferrare il tuo animale", dice Hunt. "Non è possibile tranquillizzare una balena o riportarla in laboratorio."
Le balene blu, i più grandi animali sulla Terra, usano i loro balle per nutrirsi di alcuni degli animali più piccoli dell'oceano. Questo filmato di drone alimentato in azione è stato catturato dalla Oregon State University. Video di GEMM Lab, Oregon State University
Se estremamente motivati e anche più pazienti, si possono raccogliere campioni di feci, pelle e grasso, e persino vapore respiratorio dallo sfiatatoio di una balena. Ma questi offrono solo istantanee di un singolo punto nel tempo. Hunt voleva una copertura più ampia. I tappi per cerume stabiliscono dati incrementali ma non sono terribilmente precisi e sono difficili da estrarre intatti da un cranio, quindi i rifornimenti sono limitati.
Dopo che Hunt "[si è agitato] in giro con la cacca e il colpo" per circa 13 anni, un collega ha suggerito Baleen. Dopotutto, capelli, zoccoli, corna, unghie e altre strutture vertebrali che sono anche fatti di cheratina, contengono tutti i tipi di informazioni, compresi i dati endocrini delle molte ghiandole che inviano ormoni attraverso il corpo.
Si scopre che il baleen ospita le stesse informazioni e può essere estratto da campioni forati e polverizzati. Poiché le placche crescono per tutta la vita di un animale, catturano continuamente segnali ormonali - dalle ghiandole surrenali, dalle gonadi e dalla tiroide. "Siamo in grado di ottenere dati non solo dalla nuova parte [del balleen], ma dal bit che si muoveva sotto il mare da una dozzina o più anni", afferma Hunt. Un piatto si erode a un'estremità mentre cresce all'altra, quindi rappresenta una fetta di vita - a volte vale 15 anni.
Hunt ha raccolto molte informazioni sulla riproduzione delle balene studiando i balli di due balene del Nord Atlantico, Stumpy e Staccato, che gli scienziati osservavano al largo della Nuova Inghilterra dagli anni '70. Un bel po 'di storie di vita delle balene, compresi i successi del parto, sono state ben documentate, permettendo a Hunt di creare una linea temporale per ognuna - fino alla morte (entrambe sono morte per attacchi di navi, una delle quali incinta all'epoca). Dato che gli scienziati hanno calcolato un tasso di crescita approssimativo per i baleen - così tanto tempo per centimetro - Hunt potrebbe allineare i dati ormonali estratti dai baleen alle esperienze della balena in quel momento della sua vita, suggerendo importanti correlazioni.
"Cose come i cicli dell'estro e l'età della maturità sessuale, i tassi di gravidanza, questi sono davvero una scatola nera per i ricercatori", dice Hunt, ma ora con Baleen potrebbe esserci il potenziale per decifrarli. Ha scoperto schemi chiari nel progesterone (è "spaventosamente alto" durante la gravidanza) che si associano agli alti e bassi dell'ormone dello stress cortisolo. Inoltre, dice, gli ormoni tiroidei potrebbero rivelare se un animale muore di fame (le balene possono "abbassare" il loro tasso metabolico per conservare energia) mentre un picco di aldosterone, usato per conservare l'acqua, viene mostrato in altri animali come un segno di stress così può segnalare lo stesso nelle balene.
Hunt ritiene che disporre di tali informazioni, che possono essere sovrapposte a dati ambientali come le temperature del mare, aprirà un portale su misteri più complessi. "Perché le femmine non stanno riproducendo in quest'area, ma in quella?" Chiede come esempio. “È un problema nutrizionale? Le femmine perdono i polpacci o semplicemente non rimangono incinta? ”La giusta combinazione di punti dati potrebbe fornire risposte.
Inoltre, trovare correlazioni tra i cambiamenti negli ormoni dello stress e il successo riproduttivo, ad esempio, "potrebbe essere davvero utile nel processo decisionale", afferma. E nel quadro generale ci sono gli effetti del cambiamento climatico. "Questa è, ovviamente, una domanda ardente", dice Hunt, e finora gli scienziati non hanno idea di quali saranno gli effetti per le balene. Forse mentre le prede delle balene si spostano in risposta all'innalzamento della temperatura degli oceani, i biologi vedranno stress nutrizionali nelle balene legati a un cambiamento o a una riduzione della quantità di cibo. La caccia ipotizza che un tale effetto possa essere preso in giro dalla tiroide e da altri dati.
Ciò che Hunt ha iniziato sembra pronto a far scoppiare i coperchi su molte scatole nere nel prossimo futuro.
Nel frattempo, gli ormoni non sono gli unici tesori chimici intrappolati nei balle. Come Hunt, Alyson Fleming della Smithsonian Institution sta estraendo dati altrimenti invisibili dalle bocche delle balene.
L'oceanografo biologico ha gestito centinaia di campioni di balle nei suoi studi sugli isotopi stabili - elementi tra cui carbonio e azoto con "firme" prevedibili legate alla loro massa. Una forma di carbonio, ad esempio, ha più neutroni dell'altra e quindi è più pesante e reagisce in modo diverso nei processi chimici e fisici. Ciò che è utile a Fleming è che questi elementi possono agire come traccianti di diversi aspetti dell'ambiente, tra cui, per una balena migratrice, la sua posizione geografica e il livello trofico (posizione nella catena alimentare) di ciò che la balena ha mangiato.
Prendi le teste di arco. Queste balene migrano stagionalmente tra il Beaufort e il Mare di Bering, e quegli oceani e gli animali che vi abitano sono isotopicamente diversi l'uno dall'altro. Ciò è in parte dovuto al fatto che Beaufort riceve acqua dolce dai sistemi fluviali e l'acqua dolce ha una particolare firma isotopica che si manifesta negli euphausiidi, come Krill, e i copepodi che supporta.
Alimentate da quelle specie di prede, le balene usano ossigeno, carbonio e azoto per costruire ossa e balle. E, utile, i rapporti di quegli elementi riflettono l'oceano in cui si nutrono le balene al momento della crescita. Il campionamento lungo una piastra baleen con spettrometria di massa rivela i marcatori isotopici nel tempo, inclusa la transizione da un oceano all'altro. Poiché i ricercatori conoscono i tempi generali delle migrazioni tra questi oceani e possono usare questo, insieme ai dati degli isotopi, per misurare il tasso di crescita del baleen, le piastre offrono una sorta di mappa temporale del viaggio di una balena, incluso dove si sofferma per nutrirsi la via.
Più specificamente, Fleming spiega che i rapporti isotopici del carbonio possono essere correlati sia alla quantità che al tasso di crescita del fitoplancton, ovvero la vita fotosintetica alla deriva alla base della catena alimentare marina. "Quindi questo è un modo approssimativo per valutare quanta produttività c'è", che alla fine si traduce in energia disponibile per l'alimentazione delle balene filtranti.
Alcune delle opere di Fleming potrebbero semplicemente suggerire quali specie siano maggiormente minacciate dai cambiamenti ambientali, afferma. “In precedenza abbiamo realizzato un progetto di megattera, utilizzando campioni di pelle, guardando 20 anni di foraggiamento al largo della California. Ciò che abbiamo scoperto è che questi animali erano molto flessibili: hanno cambiato preda a seconda di ciò che era abbondante. ”Le megattere possono essere intraprendenti, dice, “ ma che dire delle teste di arco? I balli possono aiutare a rispondere a ciò ", fornendo ai manager uno strumento per decidere dove concentrare i propri sforzi.
Alla fine, Fleming, Hunt e altri ricercatori baleen potrebbero essere in grado di estendere le proprie tempistiche in entrambe le direzioni. A un'estremità ci sono nuovi campioni di balene arenate e cacciate legalmente, che offrono una visione moderna della vita delle balene. L'altra estremità risiede nel passato: il materiale è stato utilizzato già nel 1500 in gioielleria, scatole, pettini, calzascarpe e altri prodotti. "Stiamo cercando di utilizzare i campioni meno preziosi prima di scavare nelle cose rare, e non sappiamo ancora se ormoni e altri prodotti chimici avranno resistito così a lungo", dice Hunt. "Ma è mia speranza riunire tutto, osservare le tendenze in balle per un periodo di tempo molto lungo."
La ricerca basata su Baleen è agli inizi. Altri ricercatori hanno riferito sulla sovrapposizione dietetica tra le specie (è utile sapere se gli animali competono per la stessa preda, specialmente se tale preda diminuisce) e l'esposizione al mercurio e il pool di informazioni continua ad espandersi. È chiaro che la collaborazione con altri raccoglitori di dati, sovrapponendo i dati personali, fisici e ambientali della vita di una balena, ha un enorme potenziale di conservazione. C'è un quadro molto grande racchiuso in questa peculiare anatomia, affermano gli scienziati, comprese le complesse connessioni tra produttività dell'ecosistema, stress, riproduzione e persino l'impronta umana in questi habitat remoti.
I ricercatori sperano che la costruzione di scadenze e la ricerca di collegamenti possano in definitiva informare i gestori e i responsabili delle politiche sulla fauna selvatica. È una battaglia in salita, poiché un certo numero di specie di balene non si sono mai riprese dallo storico massacro della balena commerciale - le balene blu antartiche, per esempio, stanno trattenendo solo l'uno per cento dei livelli di pre-sfruttamento. Ma le specie non sono tutte nella stessa barca. Secondo l'Unione internazionale per la conservazione della natura, sebbene le balene di destra del Nord Atlantico e del Nord Pacifico siano in pericolo, alcune popolazioni di teste a arco, balene meridionali e balene grigie sono considerate di "minore preoccupazione".
Per ora, comunque. I nemici di oggi alle balene si stanno moltiplicando più velocemente di quanto possano essere raccolti i dati sulla loro vita. Gli attacchi di navi e gli attacchi degli attrezzi da pesca sono il nemico numero uno comune. I conservatori si preoccupano anche del rumore, delle temperature di riscaldamento e delle sue molteplici ramificazioni, dell'esposizione alle acque inquinate e dell'acidificazione degli oceani. Queste minacce, specialmente combinate, sono estremamente difficili da quantificare.
Ma mentre i ricercatori approfondiscono ulteriormente il tesoro molecolare di Baleen, troveranno senza dubbio nuovi modi per utilizzare i dati del passato e del presente per pianificare il futuro. Il singolare ghigno della balena balena si sta rivelando pieno di sorprese.
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