Чому ноги антарктичних пінгвінів не мерзнуть
Для вирішення цієї проблеми пінгвіни користуються двома механізмами, які їм допомагають. По-перше, вони мають здатність контролювати потік крові, який досягає ніг, змінюючи діаметр кровоносних судин. Коли температури низькі, ток крові низький, а коли вони збільшуються, ток крові також збільшується. Явище можна спостерігати і у людини. Зокрема, коли холодно, наші руки і ноги біліють, оскільки приплив крові зменшується. По мірі підвищення температури зростає і кров, і наші кінцівки рожевіють. Контроль над цим явищем є дуже складним і включає гіпоталамус та кілька гормональних та нервових систем.
Потім у пінгвінів також є теплообмінник у верхній частині стопи. Таким чином, артерії, що забезпечують необхідну теплу кров у ногах, поділяються на безліч дрібних судин, які розташовані в один ряд з іншими подібними судинами, але які несуть холодну кров з ніг. Тепло циркулює від теплої крові до холоду, і, таким чином, ноги також отримують трохи тепла.
Взимку пінгвінові підошви лише на градус-два вище нуля. Таким чином, вони уникають обмороження і не втрачають занадто багато тепла.
Частина відповіді на це питання має дуже цікаве біохімічне пояснення.
Зв’язок між киснем і гемоглобіном, як правило, є сильною екзотермічною реакцією: коли теплота (DH) виділяється, коли молекула гемоглобіну приєднується до кисню. Зазвичай однакова кількість тепла поглинається при зворотній реакції, коли кисень виділяється гемоглобіном. Однак, оскільки оксигенація та деоксигенація відбуваються в різних частинах тіла, зміни в молекулярному середовищі (наприклад, кислотність) можуть призвести до втрати або накопичення тепла під час процесу.
Значення рівня тепла варіюється від одного виду до іншого. У випадку з антарктичними пінгвінами все відбувається так, що в периферичних тканинах, таких як стопа, DH має набагато нижче значення, ніж у людей. Це дає пінгвінам дві переваги. По-перше, гемоглобін птахів поглинає менше тепла при дезоксигенації, тому ноги рідше замерзають.
Друга перевага - наслідок законів термодинаміки. У будь-якій оборотній реакції, включаючи поглинання та вивільнення кисню з гемоглобіну, низькі температури стимулюють реакцію в екзотермічному напрямку і стримують реакцію в протилежному напрямку. Тому при низьких температурах кисень краще засвоюється гемоглобіном і легше виділяється. Помірний рівень нагрівання означає, що спорідненість гемоглобіну до кисню в холодній тканині не така висока, щоб запобігти його подальшому виділенню.