Klíčové pojmy
Temperatura
Přenos tepla
Adaptace
Izolace
Tuková tkáň
Úvod
Přemýšleli jste někdy o tom, jak velryby a další mořští savci přežívají a zahřívají se v chladných oceánech? Teplokrevní savci mohou žít v těchto chladných podmínkách, protože jejich těla mají díky generacím přírodního výběru některé adaptace, které šetří chladné teplo.
Jinými slovy, aby si předali vlastnosti (prostřednictvím svých genů), museli předchůdci moderních mořských savců překonat různé výzvy k rozmnožování a jejich potomci získali geny, které jim umožnily přežít. Tento druh změn v organismech v průběhu času je tím, co pohání evoluci. Důležitou adaptací mořských savců je tuk, silná izolační vrstva tuku pod kůží, která pomáhá udržet tělesné teplo uvnitř a chlad vzduchu nebo vody venku. Pomůže vám vrstva falešného tuku – v podobě zkrácení – zabránit prochladnutí?“
Odůvodnění
Savci, kteří se vyvinuli pro život v chladných vodách, jako jsou velryby, tuleni, lachtani a lední medvědi, mají běžně vrstvu tuku. Ať už žijí v chladných vodách poblíž severního pólu nebo v okolí Antarktidy, nebo navštěvují hluboké oceány, je tuk těchto zvířat životně důležitý pro jejich přežití. V zimě je v Arktidě (nejsevernější části světa) často teplota vzduchu nižší než -40 stupňů Celsia (-40 stupňů Fahrenheita). V Antarktidě, nejchladnějším místě na světě, může být teplota nižší než -60 stupňů Celsia (-76 stupňů F). V závislosti na druhu se velryby potápějí do hloubky více než 400 nebo 500 metrů (asi čtvrt míle), kde může být voda chladnější než 12 stupňů C (54 stupňů F).
Těmto mořským savcům pomáhá, aby se příliš neochladili. (Studenokrevní mořští živočichové, jako jsou ryby, žraloci nebo krabi, se nepotřebují zahřívat a mohou nechat teplotu svého těla přiblížit teplotě vody. Proto tuto dodatečnou izolaci nepotřebují.) Blubber je silná vrstva tukové (adipózní) tkáně. V podobě tukové tkáně, která obsahuje molekuly zvané lipidy, si zvířata ukládají další natrávenou potravu. Tuková tkáň má relativně nízkou tepelnou vodivost, což znamená, že nepřenáší teplo tak dobře jako jiné tkáně a materiály – například svaly nebo kůže. Tímto způsobem pomáhá izolovat tělo zvířete.
Materiály
– Dvě misky
– Studená voda
– Teplá voda
– Kostky ledu
– Zkrácený tuk (např. Crisco)
– Papírové ručníky
– Stopky
– Teploměr
– Partner
Příprava
– Do každé misky dejte stejný počet kostek ledu, aniž byste některou z misek příliš naplnili. Do každé misky přidejte studenou vodu
– Teploměrem změřte teplotu vody v každé misce. Měly by mít stejnou teplotu. Jakmile se teplota vyrovná (což by se mělo stát rychle), je voda připravena k testu.
Postup
– Ukazováček na jedné ruce potřete silnou vrstvou zkráceného tuku a pokryjte celou plochu, která bude ponořena do vody. Druhý ukazováček nechte čistý a holý.
– Požádejte partnera, aby připravil stopky. Až bude připraven, vložte ukazováček každé ruky do jedné z misek s ledovou vodou a požádejte partnera, aby vám začal měřit čas. Jakmile budete mít pocit, že je váš prst příliš studený na to, abyste ho ve vodě udrželi déle, vyjměte ho. Jak dlouho jste nechali každý prst v misce?“
– Nechte prsty zahřát a vrátit jim normální barvu. Pokud ze zakrytého prstu odteklo nějaké zkrácení, znovu ho nanes.
– Požádej partnera, aby ti pomohl vylít studenou vodu do umyvadla, a doplň obě misky teplou vodou (ujisti se, že je teplá, ale ne tak horká, aby popálila kůži).
– Změř teploměrem teplotu vody v každé misce. Měly by být přibližně stejné. Myslíš si, že v teplé vodě bude výsledek stejný?“
– Požádej svého partnera, aby změřil čas, jak dlouho můžete nechat každý prst v miskách s teplou vodou. Jak dlouho jste nechali každý prst v misce? Byl časový rozdíl mezi oběma prsty větší nebo menší, než když jste dali prsty do ledové vody?
– Dodatek: Jak konzistentní jsou vaše výsledky? Tuto činnost můžete zopakovat dvakrát nebo třikrát a zaznamenávat teplotu různých testovaných vod a dobu, po kterou byl každý prst ve vodě. Z výsledků pak sestavte graf. Ve kterém prostředí měla „adaptace“ zkrácením konzistentně výhodu?
Pozorování a výsledky
Když jste ponořili prsty do ledové vody, zůstal prst obalený zkrácením teplý déle než prst, který obalený nebyl? Nebyl stejně velký časový rozdíl, když jste vložili prsty do teplé vody?
Samci, kteří se přizpůsobili životu ve studených vodách – jako jsou lední medvědi a velryby – se mohou udržet v teple hlavně díky svému blubberu, silné vrstvě sádla. Tuk je rovnoměrně rozprostřen po velké části jejich těla, stejně jako zkrácení při této činnosti pokrylo povrch prstu silnou vrstvou. Protože tuková tkáň má poměrně nízkou tepelnou vodivost, nepřenáší dobře teplo ve srovnání s jinými tkáněmi a materiály. Lidé vyvinuli některé izolační materiály pro vlastní každodenní použití. Například polystyren je další materiál, který relativně špatně vede teplo, zatímco kovy vedou teplo velmi dobře. Proto se horké nápoje často podávají v polystyrenu, protože udržuje teplo uvnitř šálku, a tím zabraňuje popálení rukou. (Ze stejného důvodu může také udržet studené nápoje chladné déle než například papírový kelímek.) Jaké další materiály, které fungují jako izolanty, tě napadají?“
Další zkoumání
Sink or Swim: Svaly versus tuk z časopisu Scientific American
Svaly z časopisu National Geographic Education
Jsou svaly lepším izolantem v chladu a horku než tuk? z časopisu MadSci
O čem blábolíte? z časopisu Science Buddies
Tuto aktivitu vám přinášíme ve spolupráci se společností Science Buddies
.