Concepts clés
Température
Transfert de chaleur
Adaptation
Insulation
Tissu gras
Introduction
Vous êtes-vous déjà demandé comment les baleines et autres mammifères marins survivent et restent au chaud dans les océans froids ? Les mammifères à sang chaud peuvent vivre dans ces conditions glaciales parce que leur corps est doté de certaines adaptations permettant de conserver la chaleur, grâce à des générations de sélection naturelle.
En d’autres termes, pour transmettre des caractéristiques (via leurs gènes), les prédécesseurs des mammifères marins modernes ont dû surmonter différents défis pour se reproduire, et leurs descendants ont reçu les gènes qui ont permis leur survie. Ce type de changement dans les organismes au fil du temps est ce qui alimente l’évolution. Une adaptation importante pour les mammifères marins est le lard, une épaisse couche de graisse isolante située sous la peau qui permet de conserver la chaleur du corps et d’empêcher le froid de l’air ou de l’eau d’entrer. Une couche de faux lard – sous forme de raccourcissement – vous aidera-t-elle à ne pas avoir froid ?
Contexte
Les mammifères qui ont évolué pour vivre dans les eaux froides, comme les baleines, les phoques, les otaries et les ours polaires, ont couramment une couche de lard. Qu’ils vivent dans des eaux froides près du pôle Nord ou autour de l’Antarctique ou qu’ils visitent les profondeurs de l’océan, le lard de ces animaux est vital pour leur survie. En hiver, l’air dans l’Arctique (la partie la plus septentrionale du monde) est souvent inférieur à -40 degrés Celsius (-40 degrés Fahrenheit). L’Antarctique, l’endroit le plus froid du monde, peut descendre en dessous de -60 degrés C (-76 degrés F). Selon l’espèce, les baleines plongent à plus de 400 ou 500 mètres (environ un quart de mille) de profondeur dans l’océan, où l’eau peut être plus froide que 12 degrés C (54 degrés F).
Le lard aide ces mammifères marins à ne pas avoir trop froid. (Les animaux marins à sang froid, comme les poissons, les requins ou les crabes, n’ont pas besoin de rester au chaud et peuvent laisser leur température corporelle se rapprocher de celle de l’eau. Ils n’ont donc pas besoin de cette isolation supplémentaire). Le lard est une épaisse couche de tissu adipeux. Les animaux stockent les aliments digérés supplémentaires sous la forme de tissu adipeux, qui contient des molécules appelées lipides. Le tissu adipeux a une conductivité thermique relativement faible, ce qui signifie qu’il ne transfère pas la chaleur aussi bien que d’autres tissus et matériaux, comme les muscles ou la peau. Ainsi, il aide à isoler le corps d’un animal.
Matériels
– Deux bols
– Eau froide
– Eau chaude
– Glaçons
– Shortening (comme Crisco)
– Serviettes en papier
– Chronomètre
– Thermomètre
– Un partenaire
Préparation
– Mettez un nombre égal de glaçons dans chaque bol sans remplir trop les deux bols. Ajoutez de l’eau froide dans chaque bol.
– Mesurez la température de l’eau dans chaque bol avec un thermomètre. Ils devraient être à la même température. Lorsque la température se stabilise (ce qui devrait se produire rapidement), l’eau est prête pour le test.
Procédure
– Recouvrez votre index d’une main d’une épaisse couche de shortening, couvrant toute la zone qui sera immergée dans l’eau. Laissez votre autre doigt pointeur propre et nu.
– Demandez à votre partenaire de préparer le chronomètre. Lorsqu’il ou elle est prêt(e), mettez l’index de chaque main dans l’un des bols d’eau glacée et demandez à votre partenaire de commencer à vous chronométrer. Dès que votre doigt est trop froid pour rester plus longtemps dans l’eau, retirez-le. Combien de temps avez-vous laissé chaque doigt dans le bol ?
– Laissez vos doigts se réchauffer et reprendre leur couleur normale. Si de la graisse végétale s’est détachée du doigt couvert, remettez-en.
– Demandez à votre partenaire de vous aider à verser l’eau froide dans l’évier et de remplir à nouveau les deux bols avec de l’eau chaude (assurez-vous qu’elle est chaude mais pas assez pour brûler la peau).
– Mesurez la température de l’eau dans chaque bol avec un thermomètre. Elles devraient être à peu près identiques. Dans l’eau chaude, pensez-vous que vous obtiendrez le même résultat ?
– Demandez à votre partenaire de chronométrer combien de temps vous pouvez laisser chaque doigt dans les bols d’eau chaude. Combien de temps avez-vous laissé chaque doigt dans le bol ? La différence de temps entre les deux doigts était-elle plus grande ou plus petite que lorsque tu as mis tes doigts dans l’eau glacée ?
– Extra : Dans quelle mesure vos résultats sont-ils cohérents ? Tu peux répéter cette activité deux ou trois fois, en notant la température des différentes eaux testées et le temps que chaque doigt a passé dans l’eau. Faites ensuite un graphique à partir de vos résultats. Dans quel environnement l' »adaptation » au shortening a-t-elle systématiquement donné un avantage ?
Observations et résultats
Lorsque vous avez plongé vos doigts dans l’eau glacée, le doigt recouvert de shortening est-il resté chaud plus longtemps que le doigt qui n’en était pas recouvert ? La différence de temps n’était-elle pas aussi importante lorsque vous mettiez vos doigts dans l’eau chaude ?
Les mammifères qui se sont adaptés à la vie en eau froide – comme les ours polaires et les baleines – peuvent rester au chaud en grande partie grâce à leur lard, une épaisse couche de graisse. Le lard est réparti uniformément sur une grande partie de leur corps, tout comme le raccourcissement dans cette activité a recouvert la surface de votre doigt d’une couche épaisse. Comme le tissu adipeux a une conductivité thermique relativement faible, il ne transfère pas bien la chaleur par rapport à d’autres tissus et matériaux. L’homme a développé certains matériaux isolants pour son usage quotidien. Par exemple, le polystyrène est un autre matériau qui ne conduit pas relativement bien la chaleur, alors que les métaux la conduisent très bien. C’est pourquoi les boissons chaudes sont souvent servies dans du polystyrène, car il garde la chaleur à l’intérieur du gobelet, évitant ainsi de se brûler les mains. (Pour la même raison, il peut également garder les boissons froides au frais plus longtemps que, par exemple, un gobelet en papier). À quels autres matériaux pouvez-vous penser qui fonctionnent comme des isolants ?
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Cette activité vous est proposée en partenariat avec Science Buddies
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