Il pinguino imperatore si nutre principalmente di pesci, crostacei e cefalopodi. I pesci costituiscono generalmente la principale fonte di nutrimento, e l'aringa antartica (Pleuragramma antarctica) rappresenta gran parte della dieta dell'uccello. Anche i pesci della famiglia dei Nototheniidae, alcuni calamari come il calamaro glaciale (Psychroteuthis glacialis), e il krill antartico (Euphausia superba) vengono consumati frequentemente dal pinguino. Il pinguino imperatore caccia nelle acque dell'oceano Australe, nelle zone libere dai ghiacci o nelle interruzioni della banchisa. Una delle strategie che adotta consiste nell'immergersi a circa 50 m di profondità, in modo da poter reperire quei pesci che vivono appena al di sotto della banchisa come Pagothenia borchgrevinki, un pesce perciforme che si incontra frequentemente appena sotto lo strato di ghiaccio. Appena avvista la sua preda, risale rapidamente verso il ghiaccio per catturarla. Poi si tuffa di nuovo e ripete questa sequenza circa 6 volte prima di risalire in superficie per respirare. La composizione della sua dieta può variare significativamente nel corso dell'anno e da una colonia all'altra. Così, il pesce può costituire tra il 20 e il 96% della sua dieta, il krill tra l'1 e il 68% e i cefalopodi tra il 3 e il 65%. La resistenza al digiuno del pinguino imperatore è stupefacente: in quattro mesi, il suo peso può passare da 40 a 20 kg, non conservando più di 2 kg di grasso.

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