Gli elefanti marini dormono in fondo all’oceano (VIDEO)

Il  nuovo studio “Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth”, pubblicato su Science da un team di ricercatori stunitensi e svizzeri ha registrato per la prima volta l'attività cerebrale in un mammifero marino selvatico, rivelando come, quando e quanto dormono gli elefanti marini sttentrionali (Mirounga angustirostris) durante i mesi che trascorrono in mare.

Le nuove scoperte dimostrano che «Mentre durante la stagione riproduttiva gli elefanti marini possono trascorrere 10 ore al giorno dormendo sulla spiaggia, quando sono in mare durante viaggi di foraggiamento che durano mesi, dormono in media solo 2 ore al giorno. Dormono per circa 10 minuti alla volta durante immersioni profonde di 30 minuti, scendendo spesso a spirale mentre dormono profondamente e talvolta giacendo immobili sul fondo del mare».

La principale autrice dello studio, Jessica Kendall-Bar, che ha condotto lo studio come studentessa laureata alla UC Santa Cruz e ora all’università della California San Diego (UCSD), ha lavorato con Daniel Costa e Terrie Williams, entrambi professori di ecologia e biologia evolutiva alla UCSC e Costa, che dirige l'Istituto di scienze marine dell'UCSC, ricorda che «Per anni, una delle domande centrali sugli elefanti marini è stata quando dormono». Il laboratorio di Costa ha guidato per oltre 25 anni il programma di ricerca sugli elefanti marini nella Año Nuevo Reserve, utilizzando tag sempre più sofisticati per tracciare i movimenti e il comportamento di immersione delle foche durante le loro migrazioni di foraggiamento, quando vanno nell'Oceano Pacifico settentrionale e ci restano fino a 8 mesi Costa evidenzia che «Le registrazioni delle immersioni dimostrano che[gli elefanti marini settentrionali] si immergono costantemente, quindi abbiamo pensato che dormissero durante quelle che chiamiamo drift dives, quando smettono di nuotare e affondano lentamente, ma non lo sapevamo davvero. Ora siamo finalmente in grado di dire che stanno sicuramente dormendo durante quelle immersioni, e abbiamo anche scoperto che nel complesso non dormono molto rispetto ad altri mammiferi».

Infatti, durante i loro mesi passati in mare, gli elefanti marini rivaleggiano con il record per il minor sonno tra tutti i mammiferi, attualmente detenuto dagli elefanti africani che, in base ai loro schemi di movimento, sembrano dormire solo due ore al giorno.

La Kendall-Bar, che è attualmente una borsista post-dottorato alla Scripps Institution of Oceanography della UCSD, sottolinea che «Gli elefanti marini sono insoliti in quanto passano dal dormire molto quando sono a terra, più di 10 ore al giorno, a due ore o meno quando sono in mare».

Quando sono in superficie sull’oceano aperto, gli elefanti marini sono più vulnerabili ai predatori come squali e orche, è per questo che passano solo un minuto o due respirando in superficie tra un'immersione e l'altra. La Kendall-Bar evidenzia che «Sono in grado di trattenere il respiro per molto tempo, quindi possono addormentarsi profondamente durante queste immersioni in profondità sotto la superficie, dove è sicuro».

La Kendall-Bar ha sviluppato un sistema in grado di registrare in modo affidabile l'attività cerebrale (come un elettroencefalogramma o EEG) negli elefanti marini selvatici durante il loro normale comportamento di immersione in mare. Con un copricapo in neoprene per fissare i sensori EEG e un piccolo data logger per registrare i segnali, il sistema può essere recuperato quando gli animali tornano alla spiaggia di Año Nuevo. La scienziata californiana spiega_ «Abbiamo usato gli stessi sensori che useremmo per uno studio del sonno umano in una clinica del sonno e un adesivo flessibile rimovibile per attaccare il copricapo in modo che l'acqua non possa entrare e interrompere i segnali». Oltre al sistema EEG, le foche trasportavano registratori del tempo di profondità, accelerometri e altri strumenti che hanno consentito ai ricercatori di tracciare i movimenti delle foche insieme alla corrispondente attività cerebrale. Le registrazioni mostrano le foche che si immergono che entrano nella fase del sonno profondo, noto come sonno ad onde lente, mantenendo una planata controllata verso il basso, per poi passare al sonno REM (Rapid Eye-Movement), quando la paralisi del sonno li fa capovolgere e scivolare verso il basso in una "spirale del sonno". La Kendall-Bar fa notare che «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».

Alle profondità alle quali avviene tutto questo, le foche di solito galleggiano negativamente e continuano a cadere passivamente a spirale, «Come una foglia che cade . ha detto la Williamsche che dirige il Comparative Neurophysiology Lab all'UCSC - Nelle acque più basse sopra la piattaforma continentale, gli elefanti marini a volte dormono mentre riposano sul fondo del mare. Non sembra possibile che durante un'immersione entrino veramente nel sonno REM paralizzante, ma ci dice qualcosa sui processi decisionali di queste foche per vedere dove nella colonna d'acqua si sentono abbastanza al sicuro da andare a dormire».

La Kendall-Bar  ha sviluppato il nuovo strumento EEG per utilizzarlo per la prima volta su elefanti marini alloggiati temporaneamente nelle strutture per mammiferi marini del Long Marine Laboratory dell'UCSC. Il passo successivo è stato quello di applicarlo sugli animali nella colonia di elefanti marini nella Año Nuevo Reserve a nord di Santa Cruz, dove i ricercatori hanno potuto osservare gli animali sulla spiaggia. «Ho passato molto tempo a guardare le foche addormentate – ricorda la Kendall-Bar - Il nostro team ha monitorato le foche dotate di strumenti per assicurarsi che fossero in grado di reintegrarsi con la colonia e 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: «Elefanti marini giovani dotati di sensori EEG e tracker sono stati trasportati da Año Nuevo a Monterey e rilasciati su una spiaggia all'estremità meridionale della baia di Monterey. Nei giorni successivi, gli animali sono tornati a nuoto ad Año Nuevo attraverso il profondo Monterey Canyon, dove il loro comportamento in immersione è molto simile a quello visto durante gli spostamenti di foraggiamento molto più lunghi in mare aperto».

Grazie ai dati sull'attività cerebrale e il comportamento in immersione di 13 giovani elefanti marini giovanili, per un totale di 104 immersioni durante il sonno, la Kendall-Bar ha sviluppato un algoritmo accuratissimo per identificare i periodi di sonno basandosi solo sui dati di immersione. Questo le ha permesso di stimare le quote di sonno per 334 foche adulte utilizzando i dati di immersione registrati per diversi mesi durante i loro viaggi di foraggiamento. La scienziata conferma: «Grazie al dataset che Dan Costa ha curato in oltre 25 anni di lavoro con gli elefanti marini ad Año Nuevo, sono stata in grado di estrapolare i nostri risultati a oltre 300 animali e ottenere una visione a livello di popolazione sul comportamento del sonno». Ora la Kendall-Bar prevede di utilizzare metodi simili per studiare l'attività cerebrale in altre specie di foche e leoni marini e negli apneisti umani.

La Williams ha definito il lavoro della Kendall-Bar «Un tour de force. Farcela è stata  un'impresa incredibile. Ha sviluppato un sistema EEG per lavorare su un animale che si immerge a diverse centinaia di metri nell'oceano. Quindi ha utilizzato i dati per creare data-driven animations in modo che possiamo davvero visualizzare cosa sta facendo l'animale mentre si immerge lungo la colonna d'acqua. I risultati possono essere utili per gli sforzi di conservazione rivelando un “sleepscape” delle aree di riposo preferite. Normalmente, siamo preoccupati 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».