Quando un lago del Nord America si copre di ghiaccio, sotto la superficie certe tartarughe passano mesi immobili, senza mai salire a prendere aria. Eppure sopravvivono. Il segreto sta in un modo di respirare che ha poco a che vedere con i polmoni: si chiama respirazione cloacale e trasforma una parte inaspettata del corpo in una piccola branchia d’emergenza.
Una respirazione senza polmoni
Le tartarughe sono rettili e, come noi, hanno polmoni. Per la maggior parte della loro vita respirano aria proprio come qualsiasi altro animale terrestre. Il problema arriva d’inverno, quando alcune specie d’acqua dolce restano intrappolate sotto uno strato di ghiaccio che le separa dall’atmosfera anche per quattro o cinque mesi.
In quelle condizioni salire in superficie è impossibile. La soluzione che l’evoluzione ha trovato è tanto ingegnosa quanto sorprendente: assorbire l’ossigeno direttamente dall’acqua, attraverso zone del corpo ricche di vasi sanguigni. La più efficiente di queste zone è la cloaca, l’apertura posteriore che negli uccelli e nei rettili serve sia all’espulsione dei rifiuti sia alla riproduzione.
Che cos’è la respirazione cloacale
La respirazione cloacale è la capacità di scambiare gas, ossigeno e anidride carbonica, attraverso la parete della cloaca invece che con i polmoni. Alcune tartarughe possiedono due sacche molto irrorate di sangue, chiamate borse cloacali o borse anali, la cui superficie interna funziona come una membrana di scambio.
Facendo entrare e uscire acqua da queste sacche, l’animale mette il proprio sangue a stretto contatto con l’acqua circostante. L’ossigeno disciolto passa nel sangue e l’anidride carbonica viene rilasciata, esattamente come farebbe una branchia. Non è un respiro potente, ma nelle giuste condizioni è più che sufficiente.
Perché funziona proprio in inverno
Il trucco riesce grazie a una fortunata combinazione. In inverno la temperatura dell’acqua scende vicino agli zero gradi, e con il freddo il metabolismo della tartaruga rallenta drasticamente: il cuore batte pochissime volte al minuto e il fabbisogno di ossigeno crolla. Allo stesso tempo, l’acqua fredda trattiene più ossigeno disciolto di quella calda. Un consumo bassissimo e una buona disponibilità di ossigeno rendono la respirazione cloacale una strategia vincente.
Quali tartarughe la usano
Non tutte le tartarughe sono uguali. Alcune specie sono diventate vere campionesse di questa tecnica. La tartaruga dipinta orientale, comune negli stagni nordamericani, riesce a svernare per mesi sotto il ghiaccio contando in buona parte sullo scambio cloacale e cutaneo.
Il caso più spettacolare è però quello della tartaruga del fiume Fitzroy, in Australia, e di alcune specie affini: in questi animali le borse cloacali sono così sviluppate da coprire una parte importante del fabbisogno di ossigeno anche mentre l’animale è attivo e immerso. Per questo vengono chiamate, con un pizzico di ironia scientifica, le tartarughe che respirano dal fondoschiena.
Non solo cloaca: anche la pelle respira
La cloaca non lavora da sola. Nelle tartarughe che svernano sott’acqua contribuiscono allo scambio anche la pelle sottile del collo e delle zampe e le mucose della gola. Si parla in generale di respirazione extrapolmonare o acquatica: un insieme di superfici che, sommate, permettono all’animale di fare a meno dell’aria per lunghissimi periodi.
Il rovescio della medaglia: l’acidosi
Restare mesi senza respirare aria ha però un costo. Quando l’ossigeno scarseggia davvero, ad esempio se l’acqua sotto il ghiaccio si impoverisce, la tartaruga passa a un metabolismo che non richiede ossigeno. Questo produce acidi che si accumulano nel sangue e rischiano di renderlo pericolosamente acido, una condizione chiamata acidosi.
Anche qui la natura ha una contromossa. Il guscio e lo scheletro della tartaruga rilasciano sali minerali, come il carbonato di calcio, che funzionano da tampone e neutralizzano gli acidi. Il carapace, insomma, non è soltanto un’armatura: in inverno diventa una gigantesca riserva chimica che tiene in equilibrio il corpo.
Un adattamento antico e prezioso
La respirazione cloacale non è un capriccio dell’evoluzione, ma una delle chiavi che hanno permesso alle tartarughe d’acqua dolce di colonizzare climi rigidi. Un animale a sangue freddo che riesce a passare l’inverno in letargo sott’acqua evita i pericoli della terraferma gelata e si risveglia in primavera pronto a nutrirsi e a riprodursi.
È lo stesso tipo di ingegno che troviamo in tanti altri primati della sopravvivenza animale. Se ti affascina il modo in cui i rettili marini affrontano ambienti estremi, puoi leggere anche come le tartarughe marine ritrovano la spiaggia dove sono nate dopo aver attraversato interi oceani.
Cosa possiamo imparare
Studiare la respirazione cloacale non è solo curiosità da naturalisti. Capire come questi animali tollerano bassissimi livelli di ossigeno e forti sbalzi di acidità interessa da vicino la medicina, che cerca strategie per proteggere organi umani, come cuore e cervello, quando restano temporaneamente privi di ossigeno.
Come cambia il corpo durante il letargo
Durante lo svernamento sott’acqua, la tartaruga entra in uno stato molto simile al letargo dei mammiferi, chiamato brumazione. Il battito cardiaco può scendere a pochissime pulsazioni al minuto e l’animale rimane quasi del tutto immobile, appoggiato sul fondo o parzialmente infossato nel fango. Ogni movimento verrebbe pagato con un consumo di ossigeno che, in quelle condizioni, non ci si può permettere. È un equilibrio delicato, calibrato al risparmio più estremo.
Un fenomeno che affascina anche gli scienziati
La tolleranza di questi rettili alla mancanza di ossigeno è tra le più elevate del regno animale. Alcune tartarughe dipinte, in laboratorio, hanno resistito per mesi in acqua fredda con livelli di ossigeno quasi nulli, un risultato che per la maggior parte dei vertebrati sarebbe letale nel giro di minuti. Studiare questi record naturali aiuta a comprendere i limiti estremi della fisiologia e come alcuni animali riescano a superarli.
Un piccolo miracolo di ogni inverno
La prossima volta che immagini uno stagno ghiacciato apparentemente senza vita, ricorda che sul fondo potrebbe esserci una tartaruga perfettamente viva, immobile e paziente, che respira in silenzio attraverso il suo corpo in attesa del disgelo. Per approfondire gli aspetti fisiologici di questo fenomeno puoi consultare la voce dedicata alla respirazione cloacale su Wikipedia in lingua inglese.
Domande frequenti
Tutte le tartarughe respirano dalla cloaca?
No. È una capacità sviluppata soprattutto da alcune specie d’acqua dolce che devono svernare sott’acqua. Molte tartarughe terrestri non la utilizzano, perché non affrontano lunghi periodi immerse sotto il ghiaccio.
Le tartarughe marine usano la respirazione cloacale?
Le tartarughe marine respirano principalmente con i polmoni e devono risalire in superficie per prendere aria, anche se possono trattenere il respiro molto a lungo. La respirazione cloacale spinta è tipica di alcune specie d’acqua dolce.
Per quanto tempo una tartaruga può stare senza respirare aria?
Nelle specie più adattate, e in acqua fredda e ben ossigenata, si parla di settimane o addirittura di diversi mesi durante il letargo invernale.
La respirazione dalla cloaca basta a tenerla in vita da attiva?
Di solito no. Quando la tartaruga è attiva e l’acqua è calda, il fabbisogno di ossigeno è troppo alto e serve la respirazione polmonare. Lo scambio cloacale diventa determinante soprattutto durante il riposo invernale a basse temperature.
Perché l’acqua fredda aiuta questo tipo di respirazione?
Per due motivi: il freddo abbassa il metabolismo dell’animale, riducendo il consumo di ossigeno, e l’acqua fredda contiene più ossigeno disciolto di quella calda. La combinazione rende lo scambio cloacale sufficiente.
Fa male alla tartaruga passare l’inverno così?
È una condizione naturale e sostenibile per queste specie. Il rischio maggiore è che l’ossigeno nell’acqua si esaurisca del tutto: in quel caso l’animale accumula acidi e deve contare sui minerali del guscio per non superare i limiti di sicurezza.