Come volano gli uccelli? Una dimostrazione pratica Teach article

Tradotto da Rocco G. Maltese. Dissezione di un pollo del supermercato per scoprire un inusuale sistema di ingranaggi che permette agli uccelli di volare.

TTstudio / Shutterstock.com

Molti biologi sono in grado di osservare un animale, vivo o morto, e spiegarsi come si muove. Nelle decadi passate, questa capacità si acquisiva dissezionando completamente topi, rane e lombrichi.     

Attualmente, gli studenti discutono se sia lecito uccidere gli animali unicamente per sezionarli allo scopo di studiarli. Solo alcune dissezioni vengono effettuate nelle scuole, e raramente implicano animali interi – al loro posto si utilizzano solo alcuni organi, ad esempio, il cuore. Analogamente, per evitare una eccessiva manipolazione dei polli, nella loro commercializzazione, sono vendute confezionate e già sezionate. Al giorno d’oggi molti bambini crescono senza mai vedere i loro genitori che maneggiano la carne in cucina come polli, conigli e altri animali. Di conseguenza, al giorno d’oggi, gli studenti non hanno esperienza e sono molto più schizzinosi di prima.

Nonostante questo, i vertebrati terrestri sono i più venduti come cibo, sotto forma di animali quasi completi come il pollo ed è perciò l’animale d’allevamento più diffuso e familiare agli studenti. Anche senza i suoi organi interni, il pollo fornisce una eccellente introduzione alla dissezione.

I muscoli del volo degli uccelli

Il volo degli uccelli ha sempre affascinato l’uomo. Le nostre braccia possiedono lo stesso insieme di ossa e condividiamo molti degli stessi muscoli degli uccelli, ma possiamo solo muovere le braccia e immaginare di volare. Leonardo da Vinci, per esempio, è stato affascinato dalla possibilità che gli uomini potessero sperimentare il volo meccanico e ha dedicato tutta la vita allo studio del volo degli uccelli e la meccanica del corpo umano. Ha prodotto innumerevoli notazioni e disegni delle spalle e delle braccia dell’uomo e come si attaccano al torso. Inoltre quando studiava la struttura dell’ala di un uccello, la disegnò sino alla giuntura con la spalla. Non investigando le connessioni dell’ala ai muscoli che fanno volare, sembra che si sia fermato nel momento in cui stava diventando interessante.

Lo scopo primario di questa attività è quello di mostrare i due muscoli principali del meccanismo dell’ala-regatante degli uccelli e dimostrare il suo funzionamento. È forse sorprendente che sebbene la struttura delle ali del pollo e i muscoli che li farebbe volare sono familiari a chiunque non sia un vegetariano, la gente raramente nota la coincidenza tra le due, poiché le ali e il petto sono spesso mangiate separatamente. Il secondo scopo di questa attività è far familiarizzare gli studenti con il processo e il valore scientifico, in generale, della dissezione – le dissezioni sono la chiave della comprensione del funzionamento del corpo degli esseri viventi.

Questa attività può essere utilizzata durante una lezione di biologia sul volo degli uccelli o sulle proprietà motorie degli animali, o anche durante una lezione di fisica sulle forze. Può essere utile anche in una lezione sull’evoluzione – confrontando le similitudini tra la struttura delle braccia e quella di un’ala – o da prendere come modello per lo studio di altri organismi, così i polli possono essere utilizzati per studiare lo sviluppo degli arti degli esseri umaniw1.

A seconda dell’età e delle abilità degli studenti, l’insegnante può scegliere se eseguire da se stesso la dissezione o incoraggiare gli studenti ad eseguirla loro stessi.

Materiali

  • Un pollo spennato (vedi sotto)
  • Un coltello affilato o un bisturi
  • Uno spiedino per kebab
  • Guanti

Più il pollo è completo e, più interessante sarà la dimostrazione. In certi paesi europei, i polli spennati sono facilmente reperibili nei supermercati con la testa, il collo, le zampe e gli organi interni (le frattaglie) ancora intatti. Gli insegnanti possono allargare questa dimostrazione ad altri organi a loro discrezione. Invece, nei supermercati dell’UK, vendono i polli senza zampa, collo o frattaglie ed è perfettamente adeguato a una dimostrazione come quella descritta qui di seguito. Gli insegnanti possono scegliere di acquistare un pollo in una fattoria.

Nota per la sicurezza

Questa dimostrazione può presentare dei rischi associati ai batteri che si possono trovare nei polli allevati in fattorie, come la salmonella e la listeria, pericoli anche rappresentati dall’uso di coltelli o bisturi. Gli insegnanti dovrebbero seguire le regole per la sicurezza. I guanti si devono indossare per ridurre per ridurre il rischio di contaminazione ma non sostituiscono il lavaggio accurato delle mani dopo l’operazione. Date un’occhiata anche alle note generali per la sicurezza.

Metodo

  1. Prima di iniziare la dissezione, individuare le omologie (similitudini basate sulla discendenza da un antenato comune) tra le ali del pollo e le braccia di un uomo.

    Gli studenti osserveranno le similitudini tra caratteristiche umane – l’osso singolo (l’omero) del braccio superiore, il gomito, le due ossa (il radio e l’ulna) nel braccio mediano, e il polso composto da una struttura multi ossea e la mano con il pollice – e le loro controparti nell’ala del pollo (figura 1).

Figura 1: Schema della struttura scheletrica (in giallo/arancio) e la muscolatura (rosa/rosso) di un’ala di uccello che mostra A: Il coracoide (che è un osso forte e robusto che collega il bordo cranico dello sterno al complesso dell’articolazione della spalla); B: omero; C: radio; D: ulna; E: clavicola (l’osso dei desideri); F: il muscolo sopracoracoideo; G: il muscolo pettorale; H: la chiglia dello sterno
L Shyamal / Wikimedia Commons
 
  1. Estendere l’ala inserendo uno spiedo (figura 2). Questo ha il compito di tenere il sistema dell’ala come se fosse in volo. Inseriamo anche una piuma allo spiedo per mostrare l’estensione dell’ala del pollo.

    Spiegare agli studenti che nel corpo umano, i muscoli che muovono le braccia con una’ spinta’ verso il basso sono i muscoli pettorali, mentre il movimento verso l’alto è eseguito da i muscoli della schiena. In un uccello, entrambe i muscoli risiedono nel petto. I muscoli si individuano facilmente, anche in un filetto di pollo del supermercato – il muscolo che abbassa l’ala è il pettorale più largo verso l’esterno, mentre il movimento di sollevamento è quello del muscolo sopracoroideo posto verso l’interno (figura 3). Il muscolo più piccolo è spesso venduto come un ‘mini filetto’ in U.K. o ‘aiguillete’ in Francia (figura 4). L’azione antagonista di questi due muscoli che agiscono sull’ala (un muscolo si oppone all’azione dell’altro) sarà dimostrata in seguito.

Figura2: L’ala si allarga utilizzando uno spiedino di bambù.
Edmund Hui
Figura 3: Il petto di pollo consiste di un muscolo pettorale più grande (P) e un muscolo supracoraideo più piccolo (S).
Edmond Hui
Figura 4: Il muscolo supracoracoideo (S), attaccato al muscolo pettorale (P)
Edmond Hui
  1. Rimuovere la pelle dal petto del pollo (figura 5). Individuate il muscolo pettorale sinistro (è più facile se chi compie l’azione è destrimano). Da notare che è attaccato non solo allo sterno, ma anche sul dorso della struttura della costola e anteriormente alla clavicola (osso dei desideri) (figura 1).
  1. Utilizzando un coltello, agire con cautela alla separazione dei muscoli pettorali dallo sterno, dalle costole e dalla clavicola, con particolare cura vicino all’estremo anteriore (figura). Lasciate il muscolo attaccato all’omero. Notate che tirando i pettorali si muove l’ala verso il basso.
Figura 5: La pelle viene rimossa dal muscolo pettorale sinistro (P). A: anteriore; D: dorsale; P: posteriore; V: ventrale
Edmond Hui
Figura 6: Il muscolo pettorale (P) è separato dallo sterno e viene mosso lateralmente per esporre il muscolo sopracoracoideo (S) posto al di sotto.
Edmond Hui
  1. Capovolgete i pettorali (figura 7) e separate la piastra coracoide dallo sterno (figura 8), notate che termina in un tendine che scompare anteriormente sotto l’osso coracoideo (figure 9). Spiegate che questo tendine è inserito sul dorso all’altezza dell’omero, passando attorno ad una “puleggia” o canale curvo nell’osso coracoideo.
Figura 7: Il muscolo pettorale (P) viene capovolto per esporrere il muscolo sopracoracoideo (S).
Edmond Hui
Figura 8: Il muscolo pettorale (P) e il muscolo sopracoracoideo (S), sono separati dallo sterno.
Edmond Hui
Figura 9: Il tendine supracoracoideo (T) scompare sotto l’osso coracoideo (B). S: muscolo sopracoracoideo.
Edmond Hui
  1. Tenere il muscolo pettorale con la mano sinistra e il muscolo sopracoracoideo con la destra (figura 10). Con il palmo della mano destra tenete fermo il pollo sul tavolo. Tirate il pettorale in direzione ventrale e notate che l’ala si muoverà verso il basso. Tirate il sopracoracoideo ventralmente e notate che l’ala si muove verso l’alto (figura 11). Con un po’ di pratica, i due muscoli si possono tirare alternativamente e ritmicamente per produrre un movimento continuo dell’ala (vedi il video citato).

 

Figura 10: L’ala pronta per essere tirata per un movimento verso il basso.
Edmond Hui, Faye Blackshaw, Alma Talbot
Figura 11: Tirando il muscolo pettorale in direzione ventrale si crea un movimento dell’ala verso il basso.
Edmond Hui, Faye Blackshaw, Alma Talbot
 

Agli studenti si dovrebbe dare l’opportunità di provare questo – tirando il pettorale e il muscolo sopracoracoideo, dovrebbero apprezzare la quantità di forza che è necessaria a muovere l’ala durante il volo. È altresì notevole osservare che i muscoli che muovono l’ala verso il basso e verso l’alto sono entrambi collocati al disotto dell’ala. Questo fatto non è intuitivo poiché i muscoli che muovono verso ‘l’alto’ negli esseri umani sono collocati sulla schiena, non sul petto.

Ulteriori attività

La dissezione può essere effettuata a qualsiasi altra parte del pollo, a seconda della composizione dell’uccello. Per esempio:

  • Rimuovere completamente il muscolo pettorale e seguire il percorso del tendine sopracoracoideo attorno alla giunzione con la spalla, sottolineando la ‘puleggia’ o il canale nel quale si inserisce il tendine.
Figura 12: La giuntura della spalla è disarticolato e la spalla (W) è nel pieno movimento verso l’alto. Il tendine sopracoracoideo (T) è visibile chiaramente l’unica connessione  fra l’ala e il corpo. Il canale della ‘puleggia’ può essere visto al di sopra e alla sinistra del tendine. S: muscolo sopracoracoideo
Edmond Hui
 
  • Rimuovere I muscoli pettorali e il sopracoracoideo e pesarli singolarmente. Il rapporto delle loro masse, che è di circa di 5:1 per la maggior parte degli uccelli (Biewener, 2011), ), ci fornisce una stima delle relative forze che si richiedono per muovere l’ala verso il basso e verso l’alto. Il pettorale di un nostro campione pesava 200 g, e il sopracoracoideo 45 g, il cui rapporto è di 4.44:1.

    Potevamo attenderci che il rapporto riflettesse il tipo di volo per ciascuna specie di uccelli, per uccelli atipici che generano una considerevole spinta verso l’alto nella loro azione – per esempio i colibrì – hanno un basso rapporto; e per gli uccelli con un veloce volo migratorio che utilizzano le forze aerodinamiche per aiutarsi nella spinta verso l’alto – come gli uccelli acquatici – hanno un rapporto più elevato.

    Notiamo che vi è una copertura continua attorno al sopracoracoideo – questa è una cavità racchiusa interamente dal pettorale e dallo sterno. Usualmente, i muscoli antagonisti sono inseriti ai lati opposti della giuntura sulla quale agiscono. Negli uccelli la disposizione di entrambi i muscoli situati dalla stessa parte, con un muscolo completamente incapsulato assieme al suo antagonista, è inusuale. Potrebbe essere interessante scoprire se questa morfologia esiste anche altrove nel regno animale.
     

  • Se il pollo è fornito con tutte le zampe, si può eseguire la stessa indagine per dimostrare come i muscoli e tendini delle zampe possano flettere ed estendere le zampe e gli artigli (figura 13). Potete notare quanto la cartilagine delle giunture sia notevolmente liscia senza asperità, per ridurre l’attrito in queste articolazioni.
Figura 13: Indagine dei muscoli delle coscie
Edmond Hui

Conclusioni

Questa dimostrazione offre l’opportunità di perseguire tre obiettivi con un uccello.

  1. Utilizzare un pollo acquistato al supermercato per superare alcune delle pressioni culturali, logistiche e psicologiche che sono state di ostacolo ad utilizzare una dissezione nella scuola, mentre ciò fornisce una reale informazione anatomica.
  2. Semplicemente sollevando i muscoli pettorali del pollo, gli studenti possono osservare in azione i muscoli antagonisti che flettono ed estendono gli arti dei vertebrati, che fa parte di molti programmi di biologia standard.
  3. Dovendo rispondere a domande riguardanti ‘come il pollo riesce a muovere l’ala?’ Oppure ‘qual è il ruolo dei muscoli del petto ?’ Diamo l’opportunità agli studenti di farsi una esperienza della  parte più difficile da insegnare in un programma di scienze – l’azione della scoperta. Saranno senz’altro sorpresi di scoprire non solo che il petto del pollo che mangiano è responsabile per il movimento dell’ala, ma che lo possano dimostrare a se stessi.

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References

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Resources

Author(s)

Edmond Hui e´ un biologo marino dedicato all’addestramento e alla direzione informatica della Teddington School, UK. Il suo precedente articolo pubblicato su Science in School riportava una nuova dimostrazione del battito cardiaco nei mammiferi (Hui & Taplin, 2013) condotta durante una animata lezione al TED.com. Faye Blackshaw e Alma Talbot erano due entusiasti tredicenni entrambe iscritti al Teddington School STEM club.


Review

Questo articolo che si occupa di anatomia e fisiologia delle ali di un uccello e del loro funzionamento è una meravigliosa opportunità per rendere più illuminante una lezione di scienze per le prime classi. Questi giovani studenti sono stimolati ad esplorare e giungere a proprie conclusioni, la dissezione di un pollo è la perfetta iniziativa.

L’approccio pratico, in opposizione all’apprendimento attraverso disegni di anatomia riportati nei libri di testo, accelera il processo di apprendimento degli studenti e ne sollecita la memoria. Il confronto con l’anatomia del nostro corpo umano può portare ad alcune cose divertenti, e a speculazioni sul fatto che gli esseri umani non possono volare. Gli studenti di tutte le età riescono a ricreare delle tavole dell’anatomia di un uccello – simili a quelle disegnate da Leonardo da Vinci, ma ora possono includere anche le spalle! Gli studenti più anziani possono esplorare più a fondo nella fisiologia del movimento dell’ala utilizzando delle tavole anatomiche riguardanti differenti uccelli – specialmente uccelli che volano.

Se la dissezione viene realizzata in una stanza dedicata alla tecnologia alimentare piuttosto che in un laboratorio di scienze, dopo l’esperimento si può procedere a mangiare il pollo. Ciò evidenzia la conoscenza acquisita facendo attenzione alle abitudini quotidiane – studenti che mangiano petto di pollo regolarmente, ma è improbabile che si siano mai soffermati a considerare le funzioni dei muscoli che mangiano. Se fossero preparati a rispondere “come è stato ucciso questo pollo?”, che in genere può provenire da uno studente che non mangia carne, realizzerà sempre una dissezione professionale mostrando rispetto per l’animale.

Vi è l’opportunità per una discussione su:

  • L’anatomia dell’ala di uccelli di razze differenti
  • Il meccanismo del volo per differenti uccelli e come l’anatomia si riflette su di esso
  • Il peso dei muscoli e come questo si riflette sulla funzione del volo
  • Differenze tra la carna bianca e la carne rossa.

Friedlinde Krotscheck, insegnante di biologia delle scuole secondarie (in pensione), Austria




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