La pelle degli uccelli: penne e piume

Tutti abbiamo visto una penna o una piuma di un uccello, così belle e colorate da attirare facilmente l'attenzione. Le penne, così come le piume (chiariremo dopo la differenza), sono prodotti tegumentari, anche se lo strato corneo epidermico è poco sviluppato e si trova solamente sugli arti posteriori (ad esempio, sulle zampe dei polli). Queste squame non vengono ricambiate. Le penne sono un derivato dell’epidermide (lo strato più superficiale del tegumento) e svolgono molteplici funzioni: formano la superficie che permette agli uccelli di volare, intrappolano l’aria riducendo il flusso vicino alla pelle, minimizzando così la perdita d’acqua per evaporazione, e creano uno strato isolante che aiuta a mantenere alta e costante la temperatura corporea. Le penne che ricoprono il corpo sono chiamate penne di contorno, mentre alcune penne più rigide e grandi, chiamate remiganti, formano le superfici portanti per il volo. Vediamo brevemente la struttura di una penna di contorno:

• La base si chiama calamo ed è ancorata nel derma (lo strato inferiore del tegumento) tramite un follicolo (una cavità a forma di sacco che produce le cellule destinate a formare la penna o piuma). La parte distale si chiama rachide ed è l’asse che sorregge il vessillo.

• Il vessillo è composto da numerose barbe, a loro volta formate da barbule più piccole, distribuite obliquamente come fossero piccole penne. Le barbule presentano microscopiche strutture chiamate amuli, che si agganciano tra loro. Se gli amuli si sganciano, l’uccello può riagganciarli con il becco.

Le piume, invece, sono un tipo particolare di penne che costituiscono il piumino e le filopiume. Si trovano, in alcune specie, sotto le penne di contorno e presentano barbe molto morbide, che si originano dall’estremità distale del calamo. Il piumino garantisce un eccellente isolamento, soprattutto negli uccelli giovani. Le filopiume, invece, sono penne corte e rigide con barbe ridotte o assenti, che di solito circondano le narici o proteggono gli occhi dalla polvere.

Come nascono le penne e le piume? Nel capitolo in cui ho spiegato il tegumento in generale, ho accennato all’esistenza dell’epidermide, lo strato più esterno, e del derma, quello più interno. Nella zona di interazione tra i due strati, il derma si solleva verso l'epidermide formando una protuberanza chiamata papilla dermica, che raggiunge lo strato germinativo (dove avvengono continue divisioni mitotiche delle cellule), creando così una struttura "a collare" da cui si originano le penne o piume. All’interno del collare si formano le barbe, rivestite da un astuccio corneo di origine epidermica, creando una corona di barbe. Durante lo sviluppo, una piccola porzione del collare subisce divisioni mitotiche molto rapide, formando l'asta che trasporta verso l'alto le barbe già formate. A questo punto, la penna o piuma è pronta. Le penne non si distribuiscono uniformemente sulla superficie corporea, ma emergono da aree specifiche chiamate pterili. La loro posizione è fondamentale per il volo, poiché sono regolate da una serie di muscoli situati nella regione dermica: i muscoli erettori sollevano le penne, i rotatori le ruotano, i depressori le abbassano e i retrattori le tirano verso l’interno.

Gli uccelli possiedono poche ghiandole, ma una delle principali è la ghiandola dell’uropigio, situata sulla coda. Questa ghiandola secerne una sostanza cerosa e grassa che gli uccelli applicano su penne e piume con il becco per lubrificarle. I colori vivaci delle penne hanno un'importante funzione nelle comunicazioni intra-specifiche e possono essere di origine strutturale-fisica o chimica (pigmenti):

• Il nero e il marrone sono prodotti dalla melanina, un pigmento presente nella regione germinale del follicolo.

• Il rosso, il rosa (come nei fenicotteri) e l’arancione derivano dai carotenoidi, pigmenti presenti nelle cellule cheratinizzate delle penne e acquisiti attraverso la dieta.

• Nelle barbule, ci sono cellule poligonali che rifrangono tutte le lunghezze d’onda eccetto il bianco, donando alle penne una colorazione bianca di tipo strutturale.

• Il blu è dovuto alla dispersione di particelle presenti nelle cellule dello strato più esterno delle barbe, che riflettono il colore blu (strutturale).

• La combinazione della struttura blu e del pigmento giallo produce il colore verde, come si osserva nei colibrì.