Keskeiset käsitteet
Lämpötila
Lämmönsiirto
Sopeutuminen
Sisäeristys
Rasvainen kudos
Esittely
Oletko koskaan miettinyt, miten valaat ja muut merinisäkkäät selviytyvät hengissä ja pysyvät lämpiminä kylmissä valtamerissä? Lämminveriset nisäkkäät voivat elää näissä kylmissä olosuhteissa, koska niiden kehossa on joitakin viileää lämpöä säästäviä sopeutumia, kiitos sukupolvien ajan jatkuneen luonnonvalinnan.
Muiden sanoen nykyaikaisten merinisäkkäiden edeltäjät joutuivat ominaisuuksiensa siirtämiseksi eteenpäin (geeniensä välityksellä) voittamaan erilaisia haasteita lisääntyäkseen, ja niiden jälkeläiset saivat geenit, jotka mahdollistivat niiden selviytymisen. Tällainen organismien muuttuminen ajan myötä on evoluution moottori. Merinisäkkäiden tärkeä sopeutumiskeino on rasva, ihon alla oleva paksu, eristävä rasvakerros, joka auttaa pitämään kehon lämmön sisällä ja ilman tai veden kylmyyden ulkona. Auttaako tekorakkulakerros – lyhennyksen muodossa – välttämään kylmettymistä?
Tausta
Nisäkkäillä, jotka ovat kehittyneet elämään kylmissä vesissä, kuten valailla, hylkeillä, merileijonilla ja jääkarhuilla, on yleisesti rasvakerros. Riippumatta siitä, elävätkö ne kylmissä vesissä pohjoisnavan lähellä tai Etelämantereella vai vierailevatko ne valtameren syvyyksissä, näiden eläinten rasvakudos on elintärkeää niiden selviytymiselle. Talvella arktisella alueella (maailman pohjoisimmassa osassa) ilma on usein alle -40 celsiusastetta (-40 Fahrenheit-astetta). Etelämantereella, maailman kylmimmässä paikassa, lämpötila voi olla alle -60 celsiusastetta (-76 astetta F). Lajista riippuen valaat sukeltavat yli 400 tai 500 metrin syvyyteen, jossa vesi voi olla kylmempää kuin 12 celsiusastetta.
Kuori auttaa näitä merinisäkkäitä kylmettymästä liikaa. (Kylmäveristen merieläinten, kuten kalojen, haiden tai rapujen, ei tarvitse pysyä lämpiminä, ja ne voivat antaa ruumiinlämpönsä nousta lähemmäs veden lämpötilaa. Näin ollen ne eivät tarvitse tätä lisäeristystä). Rasvakudos on paksu rasvakudoskerros (rasvakudos). Eläimet varastoivat ylimääräistä sulatettua ravintoa rasvakudokseen, joka sisältää lipideiksi kutsuttuja molekyylejä. Rasvakudoksella on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus, mikä tarkoittaa, että se ei siirrä lämpöä yhtä hyvin kuin muut kudokset ja materiaalit, kuten lihas tai iho. Näin se auttaa eristämään eläimen kehoa.
Materiaalit
– Kaksi kulhoa
– Kylmää vettä
– Lämpimää vettä
– Jääpaloja
– Rasvaöljyä (esim. Criscoa)
– Paperipyyhkeitä
– Sekuntikello
– Lämpömittari
– Kumppani
Valmistautuminen
– Laita kumpaankin kulhoon saman verran jääpaloja ilman, että kumpaakaan kulhoa ei saa täyttää liikaa. Lisää kylmää vettä kumpaankin kulhoon.
– Mittaa veden lämpötila kummassakin kulhossa lämpömittarilla. Niiden lämpötilan pitäisi olla sama. Kun lämpötila tasaantuu (minkä pitäisi tapahtua nopeasti), vesi on valmista testiä varten.
Menetelmä
– Peitä toisen käden osoitinsormi paksulla kerroksella rasvasoraa, joka peittää koko veteen upotettavan alueen. Jätä toinen osoitinsormesi puhtaaksi ja paljaaksi.
– Pyydä parisi valmistelemaan sekuntikello. Kun hän on valmis, laita kummankin käden osoitinsormi yhteen jäävesiastiaan ja pyydä parisi aloittamaan ajanotto. Heti kun sormesi tuntuu liian kylmältä pitääksesi sitä enää vedessä, ota se pois. Kuinka kauan jätit kunkin sormen kulhoon?
– Anna sormiesi lämmetä ja palata normaaliin väriin. Jos peitetystä sormesta irtosi rasvaa, levitä sitä uudelleen.
– Pyydä parisi auttamaan sinua kaatamaan kylmä vesi lavuaariin ja täyttämään molemmat kulhot uudelleen lämpimällä vedellä (varmista, että se on lämmintä, mutta ei niin kuumaa, että se polttaisi ihoa).
– Mittaa veden lämpötila kummassakin kulhossa lämpömittarilla. Niiden pitäisi olla suunnilleen samat. Luuletko, että lämpimässä vedessä saatte saman tuloksen?
– Pyydä parisi mittaamaan, kuinka kauan voitte jättää kummankin sormen lämpimässä vedessä oleviin kulhoihin. Kuinka kauan jätit kunkin sormen kulhoon? Oliko aikaero suurempi vai pienempi kuin silloin, kun laitoitte sormet jääkylmään veteen?
– Extra: Kuinka johdonmukaisia tulokset ovat? Voit toistaa tämän harjoituksen kaksi tai kolme kertaa ja kirjata ylös eri testattujen vesien lämpötilat ja ajan, jonka kukin sormi oli vedessä. Tee sitten tuloksista kuvaaja. Missä ympäristössä lyhenteeseen ”sopeutuminen” antoi johdonmukaisesti etulyöntiaseman?
Havainnot ja tulokset
Kun upotitte sormenne jääkylmään veteen, pysyikö sormi, joka oli päällystetty lyhenteellä, lämpimänä pidempään kuin sormi, jota ei ollut päällystetty? Eikö aikaero ollut yhtä suuri, kun laitoit sormesi lämpimään veteen?
Nisäkkäät, jotka ovat sopeutuneet elämään kylmissä vesissä – kuten jääkarhut ja valaat – pystyvät pysymään lämpiminä pitkälti blubberinsa, paksun rasvakerroksensa, ansiosta. Blubber on levinnyt tasaisesti suurelle osalle niiden kehoa, aivan kuten tässä toiminnassa käytetty lyhennys peittää sormen pinnan paksuna kerroksena. Koska rasvakudoksella on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus, se ei siirrä lämpöä hyvin muihin kudoksiin ja materiaaleihin verrattuna. Ihminen on kehittänyt joitakin eristäviä materiaaleja omaan päivittäiseen käyttöönsä. Esimerkiksi styroksi on toinen materiaali, joka ei johda lämpöä suhteellisen hyvin, kun taas metallit johtavat lämpöä erittäin hyvin. Tämän vuoksi kuumia juomia tarjoillaan usein styroksissa, koska se pitää lämmön kupin sisällä ja estää näin käsien palamisen. (Samasta syystä se voi myös pitää kylmät juomat viileinä pidempään kuin esimerkiksi paperimuki). Mitä muita materiaaleja keksit, jotka toimivat eristeenä?
More to explore
Sink or Swim: Muscle versus Fat from Scientific American
Blubber from National Geographic Education
Is Muscle a Better Insulator than Fat in Cold and Heat? from MadSci
What Are You Blubbering About? from Science Buddies
Tämä aktiviteetti on tuotu sinulle yhteistyössä Science Buddiesin kanssa
.