Зберігайте свої калорії для науки
Як не втратити занадто багато енергії, коли холодно? Стратегії, прийняті тваринами, поодинці або в групах, використовують переваги елементарних фізичних законів.
У рої бджіл взимку матка має тропічну температуру близько 35 ° C. Бджоли на периферії рою під впливом холоду діють як теплоізолятори, тоді як бджоли, розташовані далі в центрі, махають крилами, щоб виробляти тепло. Крива показує температурний профіль уздовж прямої лінії, що перетинає рій.
Ссавці та птахи намагаються підтримувати постійну температуру тіла. Ставку важко провести, коли температура навколишнього середовища падає, будь то на всю зиму чи просту ніч. Як зробити ? Зменшення обміну речовин або перегрупування - частина рішень. Подивимось чому.
На пляжі влітку ми добре почуваємось у купальниках. Зовнішня температура така, що наше тепло ідеально відводиться. З одного боку, наші клітини «спалюють» їжу, яку ми їмо, і виділяють енергію, головним чином у формі тепла. З іншого боку, ми обмінюємося енергією з навколишнім середовищем або випромінюванням, або тепловою конвекцією. Однак обмінна потужність пропорційна різниці між температурою тіла та температурою навколишнього середовища.
Зменшити обмін речовин
Людині, що сидить, потрібно близько 2200 кілокалорій на день, що видає теплову потужність близько 100 Вт. Це відповідає трохи більше одного вата на кілограм і втраті маси близько двадцяти грамів жиру на годину: ви нічого не втрачаєте, нічого не роблячи. !
При температурі близько 25 ° C утворюється і втрачається тепловий баланс. На відміну від цього, при нижчих температурах втрати перевищують тепло, яке виробляється нормальним метаболізмом людського тіла. Людині доводиться пристосовуватися, інакше стає холодно. Люди можуть одягнутись або ввімкнути радіатор, але як щодо теплокровних тварин («гомеотерм», точніше) в ситуації теплового дисбалансу? ?
По-перше, дрібні тварини у вигідному становищі порівняно з великими. Оскільки чим менший їх розмір, тим більше їх метаболізм, отже теплова потужність на одиницю
маса, висока. Наприклад, дев’ятикілограмовий лебідь-трубач видає два вати на кілограм, ворона важить один кілограм, п’ять, горобець важить 30 грамів, 16, пташина муха чотири грами, 75.
В результаті втрати маси пропорційно вищі, ніж у людей. Експерименти, проведені на рудоволосих зябликів (Amadina ery
throcephala) показали, що птах втрачає вночі 2,5 грама, або більше десяти відсотків своєї маси. Щоб компенсувати цю втрату, тварина витрачає більшу частину свого часу на годування: муха птах переходить від однієї квітки до іншої, миша гризе тощо. До речі, ми розуміємо, чому ми не можемо знайти теплокровну тварину розміром з комаху: їй потрібно було б годувати більше 24 годин на добу. !
Цей контекст пояснює, чому навіть тимчасове охолодження може мати суттєві наслідки. Збільшені тепловтрати вимагають еквівалентного збільшення метаболічної активності, що означає більше їсти або, коли їжі бракує, втрачати масу. Вимірювання в контрольованих умовах показали, що горобець, який зазнає температури 0 ° C, подвоює споживання енергії вдвічі порівняно з температурою 20 ° C.
Щоб краще контролювати свої втрати, тварина може реагувати, змінюючи позу, наприклад, скручуючись, ховаючись тощо. Він також може застосувати добре відому приказку про енергозбереження: зменшити нагрівання, особливо під час сну.
Таким чином, багато птахів знижують температуру тіла вночі. При падінні менше десяти градусів птах має легке переохолодження, але залишається пильним і може швидко реагувати на зовнішню подію. Крім цього, він переходить у стан жаху і майже не реагує. Давайте наполягатимемо: мова йде не про сплячку, а про те, щоб витрачати менше енергії протягом ночі або фази відпочинку. Вночі сірий подарга, в той же час прекрасний австралійський птах вагою 500 грамів, знижує температуру на дев’ять градусів; африканський птах вагою 60 грамів із коричневою спинкою, знижується з 38,5 ° C до 20 ° C, зменшуючи споживання енергії на 90 відсотків.
Очевидно, що людина повинна бути здатна протистояти такому переохолодженню (людина ризикує зупинити серце при 28 ° C). На щастя, можливі й інші стратегії, наприклад, проживання в групах, близьких один до одного, наприклад, імператорські пінгвіни. В Антарктиді вони повинні витримувати протягом періоду задуми середні температури –20 ° C, тоді як рівновага їх метаболізму/втрат тепла становить близько 0 ° C.
Слід зазначити два ефекти. По-перше, як тільки утворюється невелика група пінгвінів, навіть якщо тварини не контактують, починає надходити енергія. Цей ефект здається нам очевидним у приміщенні: разом в одній кімнаті нам менше холодно, оскільки всі присутні люди нагрівають навколишнє повітря.
Жити разом, щоб залишатися теплими
Це справедливо і на відкритому повітрі, коли тварини досить близько один до одного, частково через зменшення швидкості вітру всередині групи. Насправді повітря оновлюється менш швидко і ще менше відводить тепло.
Французькі дослідники показали, що у групі з п'яти до десяти пінгвінів зменшення втрат маси в порівнянні з однією твариною становило до 40 відсотків, з яких третину можна пояснити впливом на вітер.
У дуже холодну погоду пінгвіни збираються більшими групами, утворюючи гігантських «черепах», де вони туляться. У цьому випадку споживання енергії зменшується вдвічі. Додатковий виграш приносить зменшення поверхні, що потрапляє назовні. Птахи в центрі добре теплоізольовані, лише маківка голови та ноги залишаються в контакті з холодом. Парадоксально, але ізоляція настільки хороша, що температура навколишнього середовища в серці групи може піднятися до 35 ° C! У середині Антарктиди пінгвін не ризикує замерзнути до смерті, а навпаки, страждає від гіпертермії. Єдине рішення - зламати черепаху, приблизно в середньому кожні півтори години, щоб знизити температуру.
Бувають випадки, коли це опалення через перегрупування можна використовувати для захисту. Так, деякі види бджіл нейтралізують осу або шершень, утворюючи невеликий рій навколо хижака. У серці рою азіатські бджоли підвищують температуру приблизно до 45 ° C, що є і нижчою, ніж їх летальна температура (50 ° C), і на порядок величиною летальної температури гігантського шершня. Японія (47 ° В). Крім того, концентрація вуглекислого газу значно зростає і робить повітря непроникним для повітря. Два поєднані ефекти вбивають шершня, оточеного роєм, менш ніж за десять хвилин.
Ройова структура групи бджіл також дозволяє зимувати маткам, яким потрібна тропічна атмосфера при 36 ° С. У цьому випадку периферійні бджоли виконують роль ізолятора; температура їх тіла значно падає, що вводить їх у стан випару. Що стосується бджіл серця рою, то навпаки, вони несамовито били крилами, виробляючи тепло.