Представь: вокруг снег и лёд, ветер гонит по поверхности снежную пыль, а мороз такой, что человеку без тёплой обуви пришлось бы совсем плохо. И посреди этого холода совершенно спокойно стоит императорский пингвин — босиком. Почему у пингвинов не мёрзнут лапы?
Секрет в том, что пингвин вовсе не старается держать лапы такими же горячими, как всё тело. Наоборот: они могут оставаться довольно холодными. Главное — не дать им замёрзнуть совсем и одновременно не потерять через них слишком много драгоценного тепла.
Как пингвин сохраняет тепло зимой
Начнём не с лап, а со всего тела.
Пингвин — теплокровная птица. Даже когда вокруг сильный мороз, температура внутри его тела должна оставаться достаточно высокой и стабильной.
Сохранять тепло помогает сразу несколько приспособлений. У пингвинов плотное оперение, между перьями удерживается воздух, а под кожей находится слой жира.
Получается отличная теплоизоляция.
Но лапы покрыты перьями гораздо меньше. Если бы к ним непрерывно поступала такая же горячая кровь, как внутри туловища, через голую поверхность уходило бы очень много энергии.
Похожую задачу приходится решать и другим обитателям холодных мест. Например, у белого медведя есть собственный набор приспособлений к холоду — подробнее о них в статье «Почему белый медведь не мёрзнет?».
Почему у пингвинов не мёрзнут лапы
Главный секрет скрывается внутри ног.
По артериям тёплая кровь движется от тела к лапам. По венам более холодная кровь возвращается обратно.
Эти сосуды расположены так, что тепло может переходить от крови, идущей вниз, к крови, возвращающейся вверх.
Получается очень хитрая система.
К лапам приходит уже немного охлаждённая кровь. Поэтому поверхность лапы не становится такой горячей, как туловище, и отдаёт льду сравнительно мало тепла.
А кровь, возвращающаяся от холодных лап, по дороге получает часть тепла от соседних артерий и поступает обратно в тело уже подогретой.
Этот механизм называется противоточным теплообменом.
Как работает противоточный теплообмен
Представь две тонкие трубки, лежащие рядом.
По одной течёт тёплая вода вниз, а по другой — холодная вода вверх. Пока жидкости движутся навстречу друг другу, тепло постепенно переходит через стенки от более тёплой к более холодной.
Похожее происходит и в ногах пингвина.
Организм словно перехватывает часть тепла прежде, чем оно успеет добраться до поверхности лапы и потеряться.
При этом кровоснабжение не прекращается полностью: тканям всё равно нужны кислород и питательные вещества.
Так пингвин решает сразу две задачи — сохраняет лапы живыми и одновременно экономит тепло всего организма.
Почему лапы пингвина могут быть холодными
Человеку холодные пальцы кажутся тревожным сигналом. Поэтому легко решить, будто пингвину тоже обязательно нужно постоянно согревать ноги.
Но ему не требуется поддерживать одинаковую температуру во всех частях тела.
Гораздо важнее сохранить тепло в туловище, где находятся внутренние органы.
Лапы могут быть намного прохладнее, пока температура остаётся в пределах, при которых ткани продолжают нормально работать.
У высиживающих яйца императорских пингвинов температура поверхности стоп действительно может быть всего несколько градусов выше нуля.
Именно поэтому пингвин способен долго стоять на льду, не превращая собственные ноги в огромные «радиаторы», через которые уходит всё тепло.
Почему пингвин не примерзает ко льду
Если приложить тёплый предмет к снегу, снег может начать таять. Почему же под лапами пингвина не образуется постоянно вода, которая затем замерзает?
Одна из причин как раз в низкой температуре поверхности лап.
Они не отдают льду столько тепла, сколько отдавали бы горячие ноги.
Кроме того, пингвин может менять положение тела и уменьшать площадь непосредственного контакта со льдом.
Императорские пингвины способны откидываться назад, опираясь на пятки и хвост. Особенно важна такая поза во время высиживания яйца.
Как императорский пингвин согревает яйцо
Здесь лапы выполняют ещё одну удивительную работу.
После того как самка императорского пингвина откладывает яйцо, его принимает самец. Положить яйцо прямо на антарктический лёд нельзя — оно слишком быстро потеряет тепло.
Поэтому отец держит яйцо сверху на лапах и накрывает его специальной складкой кожи и перьев на нижней части живота.
Получается небольшой тёплый карман.
Самцу приходится удерживать яйцо во время долгой антарктической зимы, одновременно экономя собственные запасы энергии.
Именно поэтому каждая возможность уменьшить теплопотери здесь имеет значение.
Почему пингвины собираются вместе
Противоточный теплообмен — только одна часть зимней системы.
Императорские пингвины ещё и собираются в плотные группы.
Это позволяет уменьшить воздействие ветра и сохранять больше тепла. Такие скопления постоянно меняются: птицы двигаются, группа становится плотнее или распадается и формируется снова.
Внутри плотного скопления условия могут быть намного теплее, чем снаружи.
Так несколько сотен птиц превращаются почти в одну большую живую систему теплосбережения.
Но это не означает, что пингвины зимой совсем не ощущают холода. Они тратят огромное количество энергии на выживание. Их приспособления не отменяют мороз — они помогают уменьшить его последствия.
У пингвина лапы или ласты
И то и другое, только находятся они в разных местах.
Передние конечности пингвина — это сильно изменённые крылья. Они стали жёсткими и похожими на ласты. Ими птица словно «летит» под водой.
А задние конечности — настоящие птичьи ноги с лапами и перепончатыми пальцами.
Они позволяют стоять и ходить по суше, помогают управлять движением в воде и, как мы уже выяснили, участвуют в сложной системе сохранения тепла.
Больше необычных подробностей об этих птицах собрано в материале «10 интересных фактов о пингвинах».
Все ли пингвины живут среди снега
Нет.
Образ пингвина среди антарктических льдов очень привычен, но семейство пингвиновых гораздо разнообразнее.
Некоторые виды живут в значительно более тёплом климате — например, африканские и галапагосские пингвины.
И тут кровообращение может решать уже противоположную задачу: в жаркую погоду через слабо оперённые части тела удобно отдавать лишнее тепло.
То есть одна и та же система сосудов помогает регулировать температуру в разных условиях.
Белые медведи и пингвины встречаются?
В природе — нет.
Белые медведи живут в Арктике, вокруг Северного полюса. Императорские пингвины — в Антарктике, на другом конце планеты.
Поэтому классическая картинка, где белый медведь стоит рядом с пингвином на одной льдине, для дикой природы невозможна.
Но приспосабливаться к холоду приходится обоим — просто делают они это по-разному.
Так почему у пингвинов не мёрзнут лапы
Теперь можно собрать ответ целиком.
Лапы пингвина вовсе не остаются горячими. Они охлаждаются гораздо сильнее, чем внутренние части тела.
Но особое расположение кровеносных сосудов позволяет тёплой крови, идущей вниз, отдавать часть тепла холодной крови, которая возвращается вверх.
Благодаря противоточному теплообмену пингвин не тратит слишком много энергии на обогрев лап.
Плотное оперение и жир сохраняют тепло туловища, кровообращение помогает уменьшить потери через конечности, а императорские пингвины дополнительно собираются в группы.
Секрет пингвина не в том, чтобы сделать лапы тёплыми. Секрет — позволить им быть прохладными, не дав им замёрзнуть.
Вот почему птица может часами стоять на антарктическом льду там, где человеку понадобилась бы серьёзная полярная обувь.
Коротко для школьного сообщения
У пингвинов не мёрзнут лапы благодаря особенностям кровообращения. Артерии с тёплой кровью проходят рядом с венами, по которым холодная кровь возвращается от лап к телу.
Между ними происходит обмен теплом. Поэтому к лапам поступает более прохладная кровь, а возвращающаяся кровь успевает согреться.
Такой механизм называется противоточным теплообменом. Он уменьшает потерю тепла через ноги. Плотные перья, слой жира и поведение в группе дополнительно помогают пингвинам переживать холод.
Источники
- Smithsonian Ocean — Penguins
- American Journal of Physiology — Body temperature changes induced by huddling in breeding male emperor penguins
- Wikimedia Commons — фотографии, авторство и лицензии.