Ciò che più colpisce nell'osservazione di un capodoglio è la dimensione della testa: essa contiene l'organo dello spermaceti, una vasta ragnatela di tubicini contenenti una grande quantità di sostanze cerose che, variando la densità, aiutano l'animale durante le immersioni.
Abbastanza evidente è il dimorfismo sessuale con le femmine, generalmente di dimensioni inferiori; anche dal punto di vista aggregativo si notano delle differenze tra i due sessi, con i gruppi più numerosi composti da femmine e piccoli, mentre i maschi tendono a formare piccole associazioni o addirittura a scegliere una vita del tutto solitaria.
È stato una dei Cetacei più cacciato dall'industria baleniera ma la specie è comunque numerosa.
Non presenta una evidente pinna dorsale e le pinne pettorali sono relativamente piccole. I maschi sono più grandi delle femmine: 18 m. di lunghezza massima e 60 t di peso nei primi, 12 m e 20 t nelle seconde. I neonati misurano circa 4 m. e possono raggiungere il peso di 1 tonnellata.
Di solito è di colore grigio – bruno uniforme; solo attorno alla regione mandibolare la pelle appare di colore bianco. La superficie del corpo si presenta corrugata.
In superficie nuota lentamente se indisturbato, ma è in grado di aumentare la velocità fino a circa 15 nodi. E’ il campione di apnea del regno animale: può infatti restare sott’acqua fino a due ore e raggiungere profondità di oltre 2000 m. Quando si alimenta, alterna periodi di immersione a permanenze in superficie della durata variabile fra i 10 ed i 30 minuti, a seconda dell’apnea effettuata; in questa fase compie numerosi atti respiratori. Nell’atto dell’immergersi solleva la coda verticalmente fuori dall’acqua.
Si nutre prevalentemente di calamari mesopelagici. La dentatura è solitamente limitata alla mandibola inferiore, quest’ultima piuttosto sottile rispetto alle dimensioni corporee.
In Mediterraneo il capodoglio viene avvistato solitario o in piccoli gruppi, che possono tenersi in contatto acustico anche a notevole distanza. I maschi e le femmine adulti formano gruppi separati che si uniscono nel periodo riproduttivo.
Specie longeva, può arrivare ai 70 anni di età. La maturità sessuale viene raggiunta dalle femmine tra i 7 ed i 13 anni, dai maschi tra i 18 ed i 21 anni.La stagione riproduttiva si prolunga da metà inverno a metà estate. La gestazione può superare i 14 mesi.
Il soffio, basso e diretto obliquamente in avanti, è un carattere distintivo inconfondibile, così come la coda che viene sollevata nell’atto dell’immersione. Talvolta compie salti fuori dall’acqua. E’ una specie la cui frequenza di avvistamento risulta essere piuttosto bassa anche per il Mar Ligure, probabilmente a causa del particolare ciclo di nuoto.
I capodogli hanno 20-26 paia di denti a forma di cono nella mandibola inferiore, lungo ognuno 8–20 cm. Ogni dente può pesare quasi un chilogrammo. La ragione della presenza dei denti non è nota con certezza. Si crede che non siano necessari per nutrirsi di calamari e infatti in natura sono stati trovati capodogli privi di denti in ottima salute. L'attuale opinione scientifica generale è che i denti vengano usati nelle aggressioni tra maschi della stessa specie. Questa ipotesi viene motivata dalla forma conica e dal grande spazio tra un dente e l'altro. Inoltre i capodogli maschi mostrano spesso cicatrici che sembrano causate dai denti di altri maschi. Nella mascella superiore sono presenti denti rudimentali, ma questi si aprono raramente nella bocca.
A causa della caccia intensiva le dimensioni dei capodogli sono diminuite drammaticamente, soprattutto perché i maschi più grandi venivano uccisi per primi e più intensamente, dal momento che erano più ricchi di spermaceti (l'olio di spermaceti ebbe un grande valore nel XVIII e nel XIX secolo). Nel museo di Nantucket è presente una mandibola di capodoglio, lunga 5,5 m. La mandibola cresce fino a raggiungere il 20-25% della lunghezza totale del capodoglio. Quindi questa balena potrebbe essere stata lunga 28 m e pesare circa 150 tonnellate. Un'altra prova dei grandi maschi del passato si trova al museo di New Bedford ed è una mandibola, lunga 5,2 m, di un maschio che potrebbe aver misurato circa 25,6 metri di lunghezza ed avere una massa di circa 120-130 tonnellate. Oltre a questo, i registri di bordo che si trovano nei musei di Nantucket e di Bedford sono ricchi di riferimenti a maschi che erano, considerata la quantità d'olio da essi ricavata, circa delle stesse dimensioni di questi due esemplari. Oggi i capodogli maschi non superano solitamente i 18 m di lunghezza e le 52 tonnellate di peso. I capodogli più grandi mai osservati erano paragonabili per dimensione alla balenottera comune (più piccola della balenottera azzurra), cosa che fa del capodoglio la seconda o terza specie vivente più grande.
I capodogli sono un esempio principale di specie che ha adottato la strategia-K, il che fa credere che la specie si sia sviluppata principalmente sotto condizioni ambientali molto stabili. Questa evoluzione relativamente "facile" ha portato la specie ad avere un basso tasso di natalità, una lenta maturazione ed un'alta longevità. Le femmine partoriscono una volta ogni quattro-sei anni ed il periodo di gestazione dura al minimo 12 mesi e forse si protrae per 18 mesi. L'allattamento dura dai due ai tre anni. Nei maschi la pubertà dura all'incirca tra i 10 e i 20 anni. I maschi continuano a crescere anche a 30-40 anni e raggiungono le loro piene dimensioni circa a 50 anni. I capodogli vivono fino a 80 anni.
Il capodoglio detiene alcuni record del mondo naturale:
Il più grande mammifero con i denti conosciuto.
Il cervello più grande di ogni creatura vivente della Terra. Il cervello di un capodoglio maturo pesa 7 kg e sono persino esistiti esemplari con cervelli che pesavano 9 kg.
Il mammifero che si immerge più in profondità (fino a profondità di 2200 metri), trattenendo il respiro per più di 2 ore.
Secondo un articolo di National Geographic del 2003, il capodoglio sarebbe l'animale più rumoroso del mondo. Gli schiocchi del capodoglio hanno un livello di emissione che supera i 230 dB ad una pressione di un micropascal e ad una distanza di un metro.
Lo spermaceti è la sostanza cerosa semiliquida che si trova nella testa del capodoglio. Il nome deriva dal tardo latino sperma ceti (entrambe parole prese in prestito dal greco), che significa "sperma di balena" (alla lettera, "sperma di mostro marino"). Il nome comune inglese della specie, Sperm Whale, è in effetti un'apocope di Spermaceti Whale. La sostanza non è, ovviamente, il seme della balena, ma è stato scambiato per esso dai primi balenieri. Lo spermaceti si trova nell'organo dello spermaceti, o cassa, davanti e sopra al cranio del capodoglio, ed anche nella cosiddetta giunca, davanti alla testa del capodoglio, proprio sopra la mascella superiore. La cassa consiste di una sostanza cerosa biancastra, satura di spermaceti. La giunca è una sostanza più solida.
Una funzione degli organi dello spermaceti è occuparsi della galleggiabilità durante le immersioni. Prima di immergersi, l'acqua fredda viene trasportata attraverso quest'organo e la cera si solidifica. L'innalzamento della densità specifica genera una spinta verso il basso (equivalente approssimativamente a 40 kg) e consente al capodoglio di inabissarsi senza sforzo. Quando caccia in profondità (ad un massimo di 3000 m) l'ossigeno immagazzinato viene consumato e il calore in eccesso scioglie lo spermaceti. Ora solamente le forze idrodinamiche (sostenute dal nuoto) mantengono il capodoglio in profondità, prima che riemerga senza sforzo.
Sono state ipotizzate anche altre funzioni: una di esse, discussa per inciso in Moby-Dick da Melville, è che la cassa si trasformi in una sorta di ariete da usare nei combattimenti tra maschi. Questa ipotesi viene confermata dagli affondamenti ben documentati delle navi Essex e Ann Alexander in seguito agli attacchi di capodogli che pesavano solamente un quinto delle navi.
Un'altra ipotesi è che la cassa venga usata come aiuto per l'ecolocazione. La forma di quest'organo consente allo stesso tempo di focalizzare e di allargare il raggio dei suoni emessi. Il capodoglio possiede in effetti due narici - una narice esterna, che forma lo sfiatatoio, ed una narice interna che preme contro il contenitore simile ad una borsa dello spermaceti.
Una teoria riguardo alle abilità di ecolocazione di questi animali sostiene che la combinazione della forma del cranio della balena, la geometria altamente variabile (in tre dimensioni) della guaina muscolare che circonda gli organi dello spermaceti e la presenza di questa "narice interna" può consentire al capodoglio di emettere una vasta gamma di produzioni sonore - non solo un'ecolocazione ad alta fedeltà, ma anche altri effetti come onde sonore ed energia meccanica. Per esempio, si è ipotizzato che i capodogli, nuotatori goffi e poderosi, utilizzino scariche sonore per stordire e catturare i calamari, agili nuotatori, di cui si nutrono.
Lo spermaceti è stato molto ricercato dai balenieri dei secolo XVIII, XIX e XX. Questa sostanza trova una grande varietà di applicazioni commerciali, come olio per orologi, fluido per trasmissioni automatiche, lubrificante per lenti fotografiche ed altri strumenti ad alta precisione, in cosmetica, come additivo negli oli per motori, come fonte di glicerina, come composto anti-ruggine, detergente, fibra chimica, nella fabbricazione di vitamine e di più di 70 composti farmaceutici.
Queste balene respirano aria sulla superficie dell'acqua tramite un singolo sfiatatoio a forma di s. Lo sfiatatoio è situato sul lato sinistro della parte anteriore dell'enorme testa. Respirano 3-5 volte al minuto al massimo, ma il numero sale a 6-7 volte al minuto dopo un'immersione. Il soffio è un singolo getto rumoroso che si innalza fino a 15 m sulla superficie dell'acqua ed è rivolto all'indietro, a sinistra della balena, con un angolo di 45°.
I capodogli, insieme agli Iperodonti e agli elefanti marini, sono i mammiferi che si immergono più in profondità del mondo.
Si pensa che siano in grado di immergersi fino a 3 km di profondità e che possano restare sul fondo dell'oceano fino a 90 minuti. Le immersioni più tipiche si aggirano intorno ai 400 m di profondità, durano 30-45 minuti e vengono effettuate generalmente verso nord. Secondo il programma di Animal Planet "Il Più Estremo" (Episodio: Atleti Naturali), i capodogli si classificano al secondo posto tra gli 'atleti' del mondo animale. Possiedono tre tonnellate di sangue, che trasporta abbastanza ossigeno per aiutarli nelle loro immersioni in profondità; in tal modo possono spingersi venti volte più in profondità di quanto possa fare un essere umano.
I racconti di titaniche battaglie tra capodogli e calamari giganti, che si crede raggiungano i 13 m, sono forse il frutto di leggende, visto che anche i più grandi calamari giganti pesano solamente 300 kg, peso irrisorio rispetto anche solo alle poche tonnellate di un giovane esemplare di capodoglio. Anche se recentemente un calamaro colossale di 495 kg è stato catturato da pescatori neozelandesi nel mare di Ross. Comunque, le cicatrici bianche sui corpi dei capodogli si crede che siano causate dai calamari oppure dai denti di altri maschi. I calamari giganti sono considerati la dieta principale dei capodogli, così come gli umani si nutrono dei grandi banchi di pesci di profondità. Sono ben conosciuti, e anche ben documentati, furti di merluzzi neri e di pesci zannuti catturati con tramagli. Si crede che questa caratteristica sia propria anche di altre balene o dei piccoli.
Si ipotizza che i becchi taglienti dei calamari consumati, contenuti nell'intestino della balena, inducano la produzione di ambra grigia, analogamente alla produzione delle perle. L'irritazione dell'intestino provocata dai becchi stimola la secrezione di questa sostanza simile ad un lubrificante. I capodogli sono mangiatori straordinari e ogni giorno ingurgitano cibo per un totale del 3% del loro peso corporeo. Il consumo di prede annuale dei capodogli di tutto il mondo si stima essere di 100 milioni di tonnellate - quanto il peso degli animali marini consumati annualmente dall'uomo.
L'unico predatore che attacca i capodogli, oltre all'uomo, è l'orca. I grandi branchi itineranti di orche attaccano frequentemente gruppi di femmine con i piccoli, cercando solitamente di separare il cucciolo di capodoglio ed ucciderlo. Spesso le femmine di capodoglio possono respingere questi attacchi, formando un cerchio con al centro i loro piccoli per poi sbattere violentemente le loro code, impedendo così alle orche di penetrare la formazione. Se il branco di orche è estremamente grande, esse possono a volte uccidere anche femmine adulte. I grossi maschi di capodoglio non hanno invece predatori, perché persino le orche possono essere uccise da queste aggressive e potenti creature.
Battute di pesca con tramaglio nel golfo dell'Alaska hanno registrato che numerosi capodogli ricavavano vantaggio da esse, nutrendosi dei pesci rimasti attaccati agli ami, risparmiando così a queste balene le operazioni di caccia. Comunque, la quantità del pesce così ottenuto è veramente scarsa rispetto al bisogno di cibo giornaliero del capodoglio. Sono state catturate recenti immagini video di un grosso capodoglio maschio che "depredava" un tramaglio per guadagnarsi un po' di pesce.
La fisiologia del capodoglio presenta alcuni adattamenti per affrontare i drastici cambiamenti di pressione quando si immerge. La gabbia toracica è flessibile per sostenere lunghi collassi e il cuore può ridursi per preservare le riserve di ossigeno. La mioglobina immagazzina ossigeno nei tessuti muscolari. Il sangue può essere indirizzato solamente verso il cervello ed altri organi essenziali, quando è finito il livello di ossigeno. Anche l'organo dello spermaceti gioca un ruolo importante.
Nonostante i capodogli siano ben adattati per immergersi, immersioni ripetute a grandi profondità provocano effetti a lungo termine sulle balene. Alcuni scheletri di capodoglio mostrano corrosione delle ossa, che negli umani è spesso segno della malattia da decompressione. Gli scheletri delle balene più vecchie mostrano una corrosione più profonda, mentre gli scheletri dei piccoli di capodoglio non mostrano alcun danno. Questi danni indicano che i capodogli sono suscettibili alla malattia da decompressione; emersioni improvvise possono anche risultare letali.
Tra un'immersione e l'altra, il capodoglio risale alla superficie per respirare e lascia passare più o meno dagli otto ai dieci minuti prima di immergersi di nuovo.
A causa delle grandi profondità delle loro immersioni, i capodogli a volte annegano quando rimangono intrappolati nei cavi telefonici transoceanici.
La struttura sociale dei capodogli si suddivide in base al sesso. Le femmine sono animali estremamente sociali, caratteristica che si crede derivi dal loro cammino evolutivo relativamente semplice. Le femmine risiedono in gruppi di circa una dozzina di individui con i loro piccoli. I maschi abbandonano queste "scuole materne" tra i 4 e i 21 anni di età e formano dei "gruppi di scapoli" con altri maschi di età e dimensioni simili. Non appena i maschi diventano più vecchi, tendono a disperdersi in gruppi più piccoli e i maschi più vecchi conducono generalmente vita solitaria. Alcuni maschi da poco maturi si sono arenati insieme, cosa che suggerisce un livello di cooperazione non perfettamente compreso.
Il capodoglio è tra le specie più cosmopolite del mondo e vive in tutti gli oceani e nel mar Mediterraneo. La specie è relativamente abbondante tra le acque artiche e l'equatore. Le popolazioni sono più dense nei pressi delle piattaforme continentali e dei canyon, probabilmente perché riescono a nutrirsi più facilmente. I capodogli si trovano solitamente al largo, nelle acque profonde, ma sono anche stati visti lungo la costa in aree dove la piattaforma continentale è meno estesa.
Il numero totale dei capodogli di tutto il mondo è sconosciuto. Stime approssimate, ottenute dalla ricognizione di piccole aree ed estrapolando il risultato da tutti gli oceani del mondo, variano dai 200.000 ai 2.000.000 di individui. Sebbene il capodoglio sia stato cacciato per alcuni secoli per la carne, l'olio e lo spermaceti, la prospettiva conservazionista del capodoglio è più brillante di quella di molte altre balene. Sebbene sopravviva ancora in Indonesia una pesca costiera su piccola scala, esso è protetto praticamente in tutto il mondo. I pescatori non catturano le creature di mare profondo di cui si nutrono i capodogli e il mare profondo è probabilmente più resistente all'inquinamento degli strati superficiali.
Comunque, il recupero dagli anni della caccia alla balena è un processo lento, soprattutto nel Pacifico meridionale, dove il prezzo pagato dai maschi in età riproduttiva è stato molto severo.
I capodogli non sono le balene più facili da osservare, a causa dei loro lunghi periodi di immersione e della loro abilità nel viaggiare per lunghe distanze sott'acqua. Comunque, a causa dell'aspetto distintivo e delle grandi dimensioni di questa balena, la sua osservazione sta diventando molto popolare. Gli osservatori di capodogli usano spesso degli idrofoni per ascoltare gli schiocchi delle balene e localizzarle prima che riemergano. Luoghi celebri per l'osservazione del capodoglio comprendono la pittoresca Kaikoura, sull'Isola del Sud della Nuova Zelanda, dove la piattaforma continentale è così stretta che le balene possono essere osservate dalla costa, Andenes e Tromsø nella Norvegia artica e le Azzorre, dove possono essere viste per tutto l'anno, a differenza di altre balene, che si possono vedere solamente durante le migrazioni. Si ritiene che Dominica sia l'unica isola caraibica con un branco di femmine e piccoli residente per tutto l'anno.
Nel luglio 2003 un'enorme massa indistinta di carne bianca venne trovata su una spiaggia delle coste del Cile meridionale. La lunga massa di 12 metri di tessuto gelatinoso fece credere che si fosse scoperto un polpo gigante sconosciuto. I ricercatori del Museo di Storia Naturale di Santiago conclusero invece che la massa era in verità l'interno di un capodoglio, conclusione dedotta dall'osservazione delle ghiandole dermiche. Quando un capodoglio muore, i suoi organi interni si decompongono, fino a che l'animale non diventa poco più di una massa semiliquida intrappolata sotto la pelle. Eventualmente, la pelle può strapparsi, causando la fuoriuscita della massa interna e l'eventuale spiaggiamento.
I capodogli morti spesso galleggiano verso la costa. Oltre ai tessuti decomposti sopra indicati, i gestori delle spiagge temono che gli squali, in particolare il grande squalo bianco, possano essere attratti verso la spiaggia dalla carne putrefatta e che possano causare un pericolo potenziale per i bagnanti. Per questo motivo, i capodogli morti vengono spesso rimorchiati al largo prima che si spiaggino. Questo avvenne due volte nel maggio 2004, una volta al largo di Oahu, alle Hawaii, dove un capodoglio morto venne rimorchiato in mare per 35 miglia, ma ritornò sulla costa due giorni dopo.
Forse per ricercare la notizia più famosa riguardante un capodoglio bisogna tornare indietro fino al 1970, quando un animale in decomposizione di 7,25 tonnellate di peso e 13,7 m di lunghezza venne a riva in Oregon. Per qualche tempo fu una curiosità per i residenti locali. Essendo la spiaggia di pubblico diritto di transito, fu compito dei membri del Dipartimento dei Trasporti dell'Oregon occuparsi di questo. Essi riempirono l'animale con mezza tonnellata di dinamite. Venerdì 12 novembre la dinamite venne fatta esplodere, ma l'esplosione non si diresse verso il Pacifico, com'era stato previsto. Nessuno rimase ferito, ma un'auto rimase distrutta dalla pioggia di grasso. Gli spettatori furono ricoperti da pezzetti maleodoranti di capodoglio morto.
Nel gennaio 2004 avvenne un fatto ben più eclatante sotto i riflettori dei media globali. Un esemplare di capodoglio morto, lungo 17 m e pesante 50 tonnellate, si arenò sulla spiaggia di Tainan City, a Taiwan. Mentre veniva trasportato all'università della città, la pressione dei gas provocati dalla decomposizione all'interno del corpo causò un'esplosione. Nessuno rimase ferito, ma il sangue e le viscere si sparsero su alcune auto e travolsero i pedoni.
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