Zima na biegunie

Wielowarstwowa sierść, hydrofobowe pióra, gruba warstwa tłuszczu – zwierzęta żyjące w ekstremalnych temperaturach potrafią sobie doskonale radzić z zimnem. Niektóre patenty natury mogą być inspiracją dla współczesnej inżynierii.

Pingwiny to prawdziwi mistrzowie w dziedzinie zimowego przetrwania. I nic dziwnego – żyją w ekstremalnie trudnych warunkach. Najdalej wysunięta na południe kolonia pingwinów cesarskich znajduje się 1400 km od bieguna, gdzie temperatura spada nawet do 60 stopni poniżej zera. Jak to możliwe, że ptaki, które nurkują w lodowatej wodzie, nie zamarzają?
Stopy pingwina to swoiste grzejniki. Są mocno ukrwione i utrzymują nogi ptaka w temperaturze kilku stopni powyżej zera, podczas gdy reszta ciała ma 37- 39 st. C. Krew pochodząca z wnętrza organizmu pod skórą oddaje ciepło wychłodzonej krwi wędrującej w odwrotnym kierunku. Dzięki temu różne części ciała pingwina mogą bardzo różnić się pod względem ciepła.
Kolejnym sposobem na ogrzanie się jest przytulanie. Pingwiny zbierają się w grupach kilku tysięcy osobników. Co jakiś czas zamieniają się miejscami – te, które stoją na brzegach i są bardziej wystawione na zimno, zastępowane są przez osobniki ze środka, bardziej osłonięte.
Przede wszystkim jednak pingwiny mają trzy warstwy nieprzemakalnych piór.
W 2015 r. naukowcy odkryli w piórach pingwinów białobrewych specyficzne mikroskopijne cząsteczki, które chronią ptaki przed zamarzaniem. Prof. Pirouz Kavehpour z Uniwersytetu Kalifornijskiego zobaczył pod skaningowym mikroskopem elektronowym gęste skupiska nanoporów, zatrzymujących powietrze i sprawiających, że pióra mają właściwości hydrofobowe. Krople wody zatrzymują się na nich, tworzą coś w rodzaju sfer i nie przenikają głębiej, do skóry. Dodatkowo, pióra są „zaizolowane” wydzieliną gruczołów kuprowych ptaków. Fenomen pingwinich piór może być inspiracją dla inżynierów i pomóc w stworzeniu nowej generacji materiałów, niezamarzających i całkowicie chroniących człowieka przed zimnem.

Foka Weddella żyje w morzach Antarktyki i na południowych wyspach subpolarnych. Potrafi zanurzyć się na godzinę w lodowatej wodzie, nurkując na głębokość ponad 600 m.

Wszystko dzięki dużej ilość krwi w stosunku do masy ciała i efektywnemu przyswajaniu tlenu – pięciokrotnie większemu niż u człowieka! Podczas nurkowania serce zwalnia rytm, a krew przestaje dochodzić do mniej ważnych narządów. Dzięki temu mózg, wątroba i nerki są stale bardzo dobrze ukrwione. Foki Weddella mają także  grubą tkanką tłuszczową oraz gęstą warstwę włosów, chroniącą przed zimnem. Nawet w zamarzającej wodzie, temperatura ich ciała wynosi 35°C.
Dzięki silnym zębom, zwierzęta od dołu przebijają lód i wygryzają otwory, niezbędne do oddychania. Doskonale rozwinięte zmysły orientacji w przestrzeni pomagają im odnaleźć pod wodą przeręble nawet podczas antarktycznej zimy.

close up of a diving ice bear – polar bear

Niedźwiedź polarny – największy mięsożerca lądowy wcale nie stroni od wody. Lubi spędzać czas dryfując na lodowych krach i nurkować.
Izolacja i utrzymanie stałej temperatury ciała to podstawa przetrwania w Arktyce. Niedźwiedzie polarne mają 15-centymetrową warstwę tłuszczu i gęste futro, pokryte zewnętrzną warstwą pustych w środku włosów. Osiągają one nawet 15 cm długości i działają niczym śpiwór – zatrzymują powietrze, które staje się dodatkową warstwą izolacyjną. Dzięki temu futro jest wodoszczelne. Utratę ciepła minimalizuje także krótki ogon oraz niewielkie uszy. Skóra niedźwiedzi polarnych jest czarna, dzięki czemu pochłania promienie słoneczne, które ogrzewają jego ciało.
Stopy niedźwiedzi pokrywa sierść, ułatwiająca poruszanie się po lodzie i zapobiegająca ślizganiu się. Ich palce połączone są częściową błoną pławną i podczas pływania pełnią rolę płetw.

Eksperymentuj!
Wszystkie ssaki polarne posiadają grubą warstwę tłuszczu. Czy naprawdę dzięki niej inaczej odczuwają zimno? Sprawdź!
Materiały:
● miska
● 2 foliowe woreczki
● taśma klejąca
● 2 kostki smalcu
● woda
● kostki lodu

Wykonanie:
Połóż smalec w ciepłym miejscu (np. przy grzejniku), aby zmiękł. Gdy jest już miękki, odwiń kostki z papieru i umieść w foliowym woreczku. Następnie do środka włóż drugi woreczek – tak, by warstwa smalcu znalazła się między woreczkami. Końcówki worków sklej taśmą. Stworzyłeś właśnie polarną „rękawiczkę”!
Do miski nalej zimnej wody i wrzuć kilka kostek lodu. Zanurz w niej nagą rękę, a potem rękę w „rękawiczce”. Czujesz różnicę? Możesz eksperymentować z ilością smalcu w woreczku. U niedźwiedzi warstwa tłuszczu to nawet 15 cm!

18 stycznia zapraszamy do Centrum Nauki Kopernik
na wykład z cyklu „Drogi do życia”. Godz. 19.00, wstęp wolny
SZCZEPIENIA OCHRONNE – BEZPIECZNA DROGA DO ZDROWIA JEDNOSTKI I POPULACJI
Dr Paweł Grzesiowski – lekarz, pediatra, immunolog, dyrektor Centrum Medycyny Zapobiegawczej i Rehabilitacji w Warszawie.
Dzięki postępowi wiedzy i technologii medycznej, szczepienia są i będą w przyszłości szeroko wykorzystywaną metodą profilaktyki, a także terapii chorób zakaźnych i niezakaźnych. Nieprawidłowo funkcjonujący układ odporności stanowi klucz do wielu schorzeń przewlekłych, w tym autoimmunologicznych i nowotworowych. Immunomodulacja poprzez szczepionki może wyzwolić celowaną odpowiedź przeciw drobnoustrojom, autoprzeciwciałom czy antygenom komórek nowotworowych.

KONIEC ERY ANTYBIOTYKÓW?

Prof. Marek Gniadkowski – biolog molekularny, badacz w Narodowym Instytucie Leków. Kierownik Zakładu Mikrobiologii Molekularnej.
Szybkie narastanie oporności bakterii na antybiotyki powoduje wzrost liczby praktycznie nieuleczalnych zakażeń. Raport rządu brytyjskiego z 2016r. szacuje, że do 2050r. lekooporność może być przyczyną dziesięciu milionów zgonów rocznie na świecie. Mówi się w nim, że cofnie to medycynę do „wieków mrocznych”.

Komentarze