Pinguini imperatori: la fisica del huddling, l'abbraccio che li tiene vivi a -50 gradi

Quando il sole sparisce per quattro mesi e la temperatura crolla a -50 gradi con raffiche di vento a 200 km/h, sulla banchisa antartica l'unico animale che resta a covare le uova è un uccello che non sa volare: il pinguino imperatore (Aptenodytes forsteri). Migliaia di maschi, sempre maschi, restano fermi sul ghiaccio per 65 giorni con un uovo poggiato sui piedi. Per non morire si stringono in cerchi compatti, ruotando lentamente come una macchina vivente. Si chiama huddling ed è uno dei comportamenti più studiati dell'etologia moderna.

Cos'è il huddling

Quando la "temperatura percepita" - che combina temperatura dell'aria, vento, umidità e radiazione solare - scende sotto una certa soglia, i pinguini smettono di muoversi singolarmente e si raggruppano. Le distanze tra individui passano da 50-60 centimetri a meno di 10 centimetri: il branco diventa una struttura quasi continua, una pelle collettiva che resiste al freddo.

Lo studio classico sulla termodinamica del fenomeno, pubblicato dal team di Yvon Le Maho sulla rivista American Journal of Physiology, ha misurato per la prima volta con dispositivi sottocutanei le temperature dei pinguini durante e fuori dal huddling. Risultato: la temperatura corporea oscilla normalmente intorno ai 37,5 °C; dentro la massa di corpi salgono i picchi sopra i 37 °C ambientali, in pratica le condizioni di una sauna. Non è raro vedere i pinguini più centrali aprire un po' il piumaggio per dissipare calore.

Una transizione di fase

Il punto più sorprendente è arrivato negli ultimi anni dai fisici. Studi pubblicati su Physics of Fluids e su arXiv hanno mostrato che il passaggio da uno stato "sparpagliato" a uno "compatto" avviene in modo brusco, come una transizione di fase del second'ordine. Sopra una certa densità di individui, comincia un moto a vortice: gli uccelli più esterni si spostano lentamente verso l'interno mentre quelli centrali emergono ai bordi.

Il risultato è una convezione termica biologica: il calore viene redistribuito come succede in un liquido bollente in pentola. Senza questo movimento, gli uccelli al centro morirebbero di caldo e quelli ai bordi di freddo. Con il moto a vortice, tutti hanno la stessa probabilità di sopravvivere, secondo gli autori. È una soluzione collettiva che, scrivono, non è imposta da un "capo", ma emerge spontaneamente dalla dinamica.

Il risparmio energetico

I dati metabolici sono impressionanti. Le misurazioni dell'autore Gilles André Le Maho e colleghi mostrano che la spesa energetica di un pinguino in huddling è circa il 39% in meno rispetto a un esemplare isolato, e che circa un terzo di questo risparmio è dovuto alla riduzione del vento incidente sulla piuma. Senza il huddling, un pinguino non sopravviverebbe ai 65 giorni di digiuno necessari per covare l'uovo.

Altri risparmi vengono dal raffreddamento sotto la temperatura dell'aria delle parti scoperte. Un studio pubblicato su Biology Letters nel 2013 ha rivelato che la pelle del becco e dei piedi può scendere addirittura sotto la temperatura ambientale circostante, irradiando meno calore verso il cielo notturno: un meccanismo di isolamento radiativo unico nei vertebrati.

L'inverno della specie

Il ciclo dei pinguini imperatori è uno dei più estremi del regno animale. Le femmine depongono l'uovo a inizio inverno, intorno a maggio-giugno, e poi tornano in mare a nutrirsi per due mesi. Gli uccelli maschi - che hanno appena percorso fino a 120 km a piedi dalla costa - si ritrovano da soli con l'uovo poggiato sui piedi, coperto da una piega di pelle calda detta marsupio addominale. Non mangiano, non bevono, sopportano vento a 200 km/h e perdono fino al 45% del peso. Quando le femmine tornano, il piccolo è schiuso da poche settimane.

Cosa rischia la specie

Il pinguino imperatore non è abbondante: la stima ufficiale del British Antarctic Survey parla di circa 280.000 coppie in 66 colonie. Il riscaldamento globale e la riduzione del ghiaccio marino mettono a rischio la riproduzione: nel 2022 e nel 2023 alcune colonie hanno perso quasi tutti i pulcini per il distacco precoce delle banchise. Secondo i modelli pubblicati su Scientific Reports, oltre il 90% delle colonie potrebbe scomparire entro il 2100 se le emissioni non si riducono.

Il huddling resta una delle più belle dimostrazioni di come la biologia, l'etologia e la fisica si intreccino. Nessun pinguino "capisce" la termodinamica: ognuno fa la cosa più semplice - cercare il vicino caldo - e dall'insieme nasce una struttura che converte millimetri di movimento in un assicurazione collettiva sulla vita. Sull'inospitale banchisa antartica, è il più piccolo e il più efficiente dei sistemi di riscaldamento sociali del pianeta.