Kulcsfogalmak
Hőmérséklet
Hőátadás
Megfelelés
Idegenítés
Szigetelés
zsírszövet
Bevezetés
Gondolkozott már azon, hogyan maradnak melegen a bálnák és más tengeri emlősök a hideg óceánokban? A melegvérű emlősök azért tudnak ilyen hűvös körülmények között élni, mert testük a természetes szelekció generációkon átívelő folyamatainak köszönhetően rendelkezik néhány hűvös, meleget megtakarító alkalmazkodással.
Más szóval, ahhoz, hogy a tulajdonságokat (génjeiken keresztül) továbbadják, a modern tengeri emlősök elődeinek különböző kihívásokat kellett leküzdeniük a szaporodáshoz, és leszármazottaik megkapták azokat a géneket, amelyek lehetővé tették a túlélésüket. A szervezetekben az idő múlásával bekövetkező ilyen jellegű változás az, ami az evolúciót táplálja. A tengeri emlősök fontos alkalmazkodási formája a zsírréteg, a bőr alatti vastag, szigetelő zsírréteg, amely segít a test melegét bent tartani, a levegő vagy a víz hidegét pedig kint tartani. Segít-e egy műzsírréteg – rövidülés formájában – abban, hogy ne fázzunk?
Háttér
A hideg vizekben való élethez kifejlődött emlősök, például a bálnák, fókák, oroszlánfókák és jegesmedvék általában rendelkeznek zsírréteggel. Akár az Északi-sark vagy az Antarktisz környéki hideg vizekben élnek, akár az óceán mélyén tartózkodnak, ezeknek az állatoknak a zsírrétege létfontosságú a túlélésükhöz. Télen az Északi-sarkvidéken (a világ legészakibb részén) a levegő gyakran -40 Celsius-fok (-40 Fahrenheit-fok) alatt van. Az Antarktiszon, a világ leghidegebb helyén a hőmérséklet akár -60 Celsius-fok (-76 fok) alatt is lehet. A bálnák fajtól függően több mint 400 vagy 500 méter (körülbelül egynegyed mérföld) mélyre merülnek az óceánban, ahol a víz 12 Celsius-foknál (54 fok) hidegebb is lehet.
A buborék segít ezeknek a tengeri emlősöknek abban, hogy ne fázzanak túlságosan. (A hidegvérű tengeri állatoknak, például a halaknak, cápáknak vagy rákoknak nincs szükségük arra, hogy melegen maradjanak, és testhőmérsékletüket a víz hőmérsékletéhez közelebb engedhetik. Így nincs szükségük erre az extra szigetelésre). A zsírpárna egy vastag zsírszöveti (adipózus) réteg. Az állatok az emésztett tápláléktöbbletet zsírszövet formájában tárolják, amely lipideknek nevezett molekulákat tartalmaz. A zsírszövet viszonylag alacsony hővezető képességgel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy nem adja át olyan jól a hőt, mint más szövetek és anyagok – például az izom vagy a bőr -. Így segít szigetelni az állat testét.
Műszerek
– Két tál
– Hideg víz
– Meleg víz
– Jégkockák
– Zsírsav (például Crisco)
– Papírtörlő
– Stopperóra
– Hőmérő
– Egy partner
Előkészítés
– Tegyetek mindkét tálba ugyanannyi jégkockát anélkül, hogy bármelyik tálat túlságosan megtöltenétek. Adjatok mindkét tálba hideg vizet.
– Mérjétek meg a víz hőmérsékletét mindkét tálban egy hőmérővel. Ugyanolyan hőmérsékletűnek kell lenniük. Amikor a hőmérséklet kiegyenlítődik (aminek gyorsan meg kell történnie), a víz készen áll a tesztre.
Eljárás
– Az egyik kéz mutatóujját kenje be vastag réteg zsiradékkal az egész vízbe merülő területet. A másik mutatóujjadat hagyd tisztán és csupaszon.
– Kérd meg a társadat, hogy készítse elő a stopperórát. Amikor készen van, tegye mindkét kezének mutatóujját a jeges vízzel teli tálak egyikébe, és a partnere kezdje el az időmérést. Amint az ujját túl hidegnek érzi ahhoz, hogy tovább tartsa a vízben, vegye ki. Mennyi ideig hagytátok az egyes ujjakat a tálban?
– Hagyjátok, hogy az ujjak felmelegedjenek és visszanyerjék a normál színüket. Ha a letakart ujjról lekerült a zsiradék, kend be újra.
– Kérd meg a társadat, hogy segítsen kiönteni a hideg vizet a mosogatóba, és töltsd újra a két tálat meleg vízzel (ügyelj arra, hogy meleg legyen, de ne legyen elég forró ahhoz, hogy megégesse a bőröd).
– Mérd meg a víz hőmérsékletét mindkét tálban egy hőmérővel. Körülbelül azonosnak kell lennie. A meleg vízben szerinted ugyanazt az eredményt fogod látni?
– Kérd meg a társadat, hogy mérje meg, mennyi ideig lehet az egyes ujjakat a meleg vízzel teli tálkákban hagyni. Mennyi ideig hagytátok az egyes ujjakat a tálban? Nagyobb vagy kisebb volt az időkülönbség a két ujj között, mint amikor a jéghideg vízbe tettétek az ujjaitokat?
– Extra: Mennyire konzisztensek az eredményeitek? Ezt a tevékenységet kétszer vagy háromszor is megismételheted, feljegyezve a különböző vizsgált vizek hőmérsékletét és az egyes ujjak vízben töltött idejét. Ezután készítsetek grafikont az eredményeitekből. Melyik környezetben jelentett következetesen előnyt a rövidítő “alkalmazkodása”?
Megfigyelések és eredmények
Amikor a jéghideg vízbe mártottátok az ujjaitokat, a rövidítővel bevont ujj tovább maradt meleg, mint a nem bevont ujj? Nem volt ugyanolyan nagy az időkülönbség, amikor a meleg vízbe tetted az ujjadat?
A hideg vízben való élethez alkalmazkodott emlősök – például a jegesmedvék és a bálnák – nagyrészt a blubberjüknek, a vastag zsírrétegnek köszönhetően tudnak melegen maradni. A blubber egyenletesen eloszlik testük nagy részén, ahogyan a tevékenység során a rövidülés is vastag rétegben borítja az ujjad felületét. Mivel a zsírszövetnek viszonylag alacsony a hővezető képessége, más szövetekhez és anyagokhoz képest nem adja át jól a hőt. Az emberek kifejlesztettek néhány szigetelőanyagot a saját mindennapi használatukra. Például a hungarocell egy másik anyag, amely viszonylag rosszul vezeti a hőt, míg a fémek nagyon jól vezetik a hőt. Ezért szolgálják fel a forró italokat gyakran hungarocellben, mivel ez a pohárban tartja a hőt, és így megakadályozza, hogy a kezünk megégjen. (Ugyanezen okból kifolyólag a hideg italokat is tovább hűti, mint például egy papírpohár). Milyen más anyagok jutnak eszedbe, amelyek szigetelőként működnek?
Még több felfedeznivaló
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
This activity brought to you in partnership with Science Buddies
.