Le strategie antigelo dei pinguini

Sono forse gli uccelli più impacciati che conosciamo. Non sanno volare, e con le loro zampette corte non sembrano camminare un granché bene sui ghiacci antartici. Ma i pinguini resistono al freddo in modo eccezionale: al Polo Sud la temperatura dell’aria può scendere fino a -40°C e questi simpatici pennuti entrano ed escono dall’acqua gelata senza che si formi il più piccolo cristallo di ghiaccio sul loro corpo. Il segreto? Minuscoli pori nelle penne, capaci di intrappolare l’aria che rendono la superficie idrofobica. Inoltre, quando si puliscono (preening), applicano sulle penne un olio speciale con proprietà antigelo prodotto dall’uropigio, una ghiandola situata alla base della coda. La scoperta, annunciata alla 68° riunione annuale dell’American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics a Boston, è stata fatta da un gruppo di ricercatori dell’Università della California di Los Angeles (Ucla).

Pirouz Kavehpour, autore principale dello studio, ha avuto l’intuizione guardando un documentario: “Ho notato che anche se i pinguini uscivano dall’acqua molto fredda e restavano poi a temperature molto basse, non si formava ghiaccio sulle loro piume”. Così con microscopi elettronici a scansione, Kavehpour e colleghi hanno esaminato le penne del pinguino Gentoo Pygoscelis papua, che vive in Antartide, e quelle del pinguino di Magellano, Aptenodytes magellanicus, che invece vive più a nord, in paesi con un clima più caldo: Cile, Argentina e Brasile. Gli scienziati hanno così scoperto che le piume dei Gentoo hanno minuscoli pori che intrappolano l’aria e che l’olio prodotto dall’uropigio ha particolari proprietà antigelo. Invece i pinguini di Magellano, abituati a climi più caldi, non possiedono gli stessi pori, e producono un olio diverso.

Sarebbe proprio la combinazione delle nanostrutture delle piume con l’olio a rendere le penne super-idrofobiche. Grazie a queste caratteristiche, è come se le gocce d’acqua si sedessero sulla superficie delle piume, restando più o meno di forma sferica e rotolando via prima di avere il tempo di congelare. Proprietà che secondo gli studiosi potrebbero aiutarci a risolvere alcuni problemi, come la formazione del ghiaccio sulle ali degli aerei: un evento che in alcuni casi può anche alterare l’aereodinamica del velivolo, causandone lo schianto.

“È ironico che un uccello che non vola potrebbe aiutarci a migliorare la sicurezza degli aerei” ha concluso Kavehpour. Ma sembra proprio che le nuove superfici super-idrofobiche ispirate alle soluzioni antigelo dei pinguini potrebbero essere più economiche, a lunga durata e anche più rispettose dell’ambiente.

Ma Kavehpour non è l’unico ad aver presentato uno studio sulle superfici idrofobiche all’incontro annuale dell’American Physical Society. Per la prima volta, infatti, un team di ricercatori del Mit di Boston ha studiato come l’aria rimane intrappolata nelle superfici pelose a larga scala, rendendole idrorepellenti: una caratteristica utilizzata anche da insetti, ragni e mammiferi acquatici.
“Abbiamo scoperto che le proprietà geometriche, come la lunghezza dei peli e la loro densità, svolgono un ruolo significativo nelle proprietà idrorepellenti di una superficie” ha affermato Alice Nasto del Mit, autrice dello studio. “Più sono densi e lunghi i peli, più la superficie rimane asciutta. E poiché la conduttività termica dell’aria è molto minore di quella dell’acqua, lo strato d’aria intrappolato tra i peli riduce la conduzione termica e mantiene gli animali al caldo, anche nell’acqua fredda” ha spiegato Nasto.

Per studiare come l’acqua interagisce con queste superfici, i ricercatori hanno immerso in un liquido dei campioni speciali, realizzati con una gomma siliconica morbida, il polidimetilsilossano (Pdms). A questo punto hanno esaminato come le proprietà dei peli influenzavano la bagnabilità della superficie: variando la lunghezza e la densità dei peli, la viscosità del fluido e la sua velocità di precipitazione hanno notato che più è densa la matrice di peli, più la superficie è idrorepellente. Risultati che potrebbero ispirare la progettazione di nuovi tessuti con caratteristiche idrorepellenti avanzate, come le mute, in cui restare caldi e asciutti è fondamentale.

Riferimenti: 68th Annual Meeting of the American Physical Society’s Division of Fluid Dynamics

Credits immagine: Luis Alejandro Bernal Romero/Flickr CC