Οι φώκιες της Αρκτικής έχουν ειδικές μύτες

Η προσαρμογή στη ζωή σε κρύες θερμοκρασίες αέρα ήταν το κλειδί για την επιβίωση για

τι

ς φώκιες της Αρκτικής. Αυτές οι προσαρμογές ξεπερνούν τα παχιά στρώματα λάσπης για μόνωση και μέχρι τη μύτη του πτερυγίου. ΕΝΑ

μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 14 Δεκεμβρίου στο

Biophysical Journal


διαπίστωσε ότι οι φώκιες της Αρκτικής έχουν πιο σύνθετες ρινικές διόδους από τις φώκιες που ζουν σε πιο ήπια μέρη.

[Related:


Hungry seals may have begun following their whiskers 23 million years ago


.]

Ζέσταμα του αέρα

Σε κρύα και ξηρά μέρη, τα ζώα χάνουν υγρασία και θερμότητα όταν αναπνέουν. Ο θερμότερος και υγρός αέρας είναι σημαντικός για τη λειτουργία των πνευμόνων, επομένως η αναπνοή σε κρύο αέρα μπορεί να θέσει τους πνεύμονες σε κίνδυνο και μπορεί να κάνει τους ανθρώπους πιο ευάλωτους σε ιούς του αναπνευστικού. Για να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος, τα περισσότερα πτηνά και θηλαστικά έχουν πολύπλοκα οστά που ονομάζονται γναθοτρογχικά μέσα στη ρινική τους κοιλότητα. Αυτά τα πορώδη, οστεώδη ράφια καλύπτονται με βλέννα και ιστούς που θερμαίνουν και υγραίνουν τον εισπνεόμενο αέρα. Τα γναθοτουρμπινικά μειώνουν επίσης την ποσότητα της θερμότητας και της υγρασίας που χάνεται όταν ένας οργανισμός εκπνέει.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η δομή της μύτης βοηθά τις φώκιες της Αρκτικής να διατηρούν αποτελεσματικά την υγρασία και τη θερμότητα καθώς εισπνέουν και εκπνέουν.

«Χάρη σε αυτή την περίτεχνη δομή στις ρινικές τους κοιλότητες, οι φώκιες της Αρκτικής χάνουν λιγότερη θερμότητα μέσω της ρινικής ανταλλαγής θερμότητας από τις υποτροπικές φώκιες όταν και οι δύο εκτίθενται στις ίδιες συνθήκες», Signe Kjelstrup, συν-συγγραφέας της μελέτης και φυσικοχημικός στο Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστημών. και τεχνολογία,

είπε σε δήλωση.

«Αυτό παρέχει ένα εξελικτικό πλεονέκτημα, ειδικά στην Αρκτική όπου η απώλεια θερμότητας είναι η διάχυση ενέργειας, η οποία πρέπει να αναπληρωθεί με τροφή».

Σύμφωνα με τον Kjelstrup, οι φώκιες της Αρκτικής διατηρούν το 94 τοις εκατό της υγρασίας στον αέρα όταν εισπνέουν και βγάζουν. Το μεγαλύτερο μέρος του νερού που προστίθεται στον αέρα όταν εισπνέουν ανακτάται στη συνέχεια όταν εκπνέουν.

«Δεν μπορείς να βρεις τάρανδους στη μέση της Μεσογείου»

Η δομή των γναθοτουρμπινών ποικίλλει μεταξύ των ειδών.

Μύτες ταράνδων

επιτρέπουν επίσης αποτελεσματική ανταλλαγή θερμότητας, αλλά δεδομένου ότι βρίσκονται μόνο σε ψυχρότερα κλίματα, η ομάδα του Kjelstrup στράφηκε στις φώκιες.

«Δεν μπορείτε να βρείτε τάρανδους στη μέση της Μεσογείου, αλλά οι φώκιες ζουν σε πολλά διαφορετικά περιβάλλοντα, έτσι μας επέτρεψαν να δοκιμάσουμε αυτήν την ερώτηση», είπε ο Kjelstrup. «Και γνωρίζαμε από μια προηγούμενη μελέτη ότι οι μύτες της φώκιας της Αρκτικής είναι σαν σφουγγάρι και πολύ πυκνές, ενώ η μύτη της μεσογειακής φώκιας έχει μια πιο ανοιχτή δομή».

Στο

μελέτη

η ομάδα χρησιμοποίησε τομογραφία υπολογιστή για να δημιουργήσει τρισδιάστατα μοντέλα των ρινικών κοιλοτήτων δύο ειδών φώκιας – της Αρκτικής

γενειοφόρος φώκια

(

Ερίγναθος μπάρμπατος

) και το

Μεσογειακή φώκια

(

Monachus monachus

). Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν μοντέλα διασποράς ενέργειας για να συγκρίνουν πόσο καλά κάθε είδος ζέσταινε και έβρεχε τον αέρα όταν εισέπνευσε και μείωσε την ποσότητα της θερμότητας και της υγρασίας που χάνεται όταν εκπνέει.

[Related:


Baby seals sing bass

notes

when they want attention


.]

Δοκίμασαν τα μοντέλα της μύτης και των δύο ειδών σε αρκτικές συνθήκες -22°F και περίπου στους 50°F, ή μια κρύα μέρα για μια μεσογειακή φώκια μοναχός. Προσάρμοσαν επίσης διαφορετικές παραμέτρους μέσα στο

μοντέλο

για να τονίσουν τα κρίσιμα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της ρινικής κοιλότητας.

Σύμφωνα με το μοντέλο, οι αρκτικές γενειοφόροι φώκιες είναι πιο αποτελεσματικές στη διατήρηση της ανταλλαγής θερμότητας και νερού τόσο σε αρκτικές όσο και σε υποτροπικές θερμοκρασίες. Στους -22°F, η μεσογειακή φώκια μοναχός

έχασε 1,45 φορές περισσότερη θερμότητα και 3,5 φορές περισσότερο

νερό ανά κύκλο αναπνοής από ό,τι έχασαν οι γενειοφόροι φώκιες. Στους 50°F, οι μεσογειακές φώκιες έχασαν 1,5 φορές περισσότερη θερμότητα και 1,7 φορές περισσότερο νερό.

Φαίνεται ότι η πιο περίπλοκη και πυκνή ρινική κοιλότητα της Αρκτικής φώκιας παρείχε αυτό το πλεονέκτημα. Συγκεκριμένα, η ομάδα ανακάλυψε ότι η αυξημένη περίμετρος των γνάθων στροβίλων της Αρκτικής φώκιας είναι το κλειδί για τον περιορισμό της διασποράς ενέργειας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες περιβάλλοντος.

Ενώ η μελέτη εξέτασε την ποσότητα της απώλειας θερμότητας για μία εισπνοή και εκπνοή, ο ρόλος που παίζει ο ρυθμός αναπνοής παραμένει ασαφής. Αυτοί οι κύκλοι αναπνοής είναι ιδιαίτερα περίπλοκοι για τις φώκιες, οι οποίες θα σταματήσουν την αναπνοή τους για αρκετά λεπτά τη στιγμή που βουτούν κάτω από το νερό και τον πάγο.

Ενεργειακά αποδοτικοί πτερυγιόποδες

Η ομάδα ελπίζει να εξετάσει βαθύτερα τις ρινικές δομές άλλων ειδών για να δει εάν διαφορετικά μέρη παρέχουν εξελικτικά πλεονεκτήματα σε άλλα κλίματα.

«Η καμήλα, για παράδειγμα, δεν χρειάζεται να εξοικονομήσει πολύ από τη θερμότητα, αλλά χρειάζεται να εξοικονομήσει νερό, οπότε μπορεί κανείς να υποθέσει ότι θα μπορούσε να μας πει κάτι για τη σχετική σημασία των δύο», είπε ο Kjelstrup.

Σκοπεύουν επίσης να αναζητήσουν στοιχεία στα ζώα για το πώς να δημιουργήσουν πιο αποτελεσματικά συστήματα ανταλλαγής θερμότητας και εξαερισμού.

«Αν η φύση καταφέρει να δημιουργήσει τόσο

μεγάλο

υς εναλλάκτες θερμότητας, νομίζω ότι θα πρέπει να το αντιγράψουμε στη μηχανική για να δημιουργήσουμε πιο αποτελεσματικές διαδικασίες, για παράδειγμα, στα κλιματιστικά», είπε ο Kjelstrup.