Concetti chiave
Temperatura
Trasferimento di calore
Adattamento
Isolamento
Tessuto grasso
Introduzione
Ti sei mai chiesto come fanno le balene e altri mammiferi marini a sopravvivere e tenersi caldi nei freddi oceani? I mammiferi a sangue caldo possono vivere in queste condizioni fredde perché i loro corpi hanno alcuni adattamenti per risparmiare calore, grazie a generazioni di selezione naturale.
In altre parole, per trasmettere le caratteristiche (attraverso i loro geni), i predecessori dei moderni mammiferi marini hanno dovuto superare diverse sfide per riprodursi, e i loro discendenti hanno ricevuto i geni che hanno permesso la loro sopravvivenza. Questo tipo di cambiamento negli organismi nel tempo è ciò che alimenta l’evoluzione. Un adattamento importante per i mammiferi marini è il grasso, uno spesso strato isolante di grasso sotto la pelle che aiuta a mantenere il calore del corpo all’interno e il freddo dell’aria o dell’acqua all’esterno. Uno strato di finta ciccia – sotto forma di accorciamento – ti aiuterà a non prendere freddo?
Sfondo
I mammiferi che si sono evoluti per vivere in acque fredde, come balene, foche, leoni marini e orsi polari, hanno comunemente uno strato di ciccia. Sia che vivano in acque fredde vicino al Polo Nord o intorno all’Antartide o che visitino le profondità oceaniche, il grasso di questi animali è vitale per la loro sopravvivenza. Durante l’inverno, l’aria nell’Artico (la parte più settentrionale del mondo) è spesso sotto i -40 gradi Celsius (-40 gradi Fahrenheit). L’Antartide, il luogo più freddo del mondo, può essere sotto i -60 gradi C (-76 gradi F). A seconda della specie, le balene si immergono a più di 400 o 500 metri di profondità nell’oceano, dove l’acqua può essere più fredda di 12 gradi C (54 gradi F).
Il grasso aiuta questi mammiferi marini a non raffreddarsi troppo (gli animali marini a sangue freddo, come pesci, squali o granchi, non hanno bisogno di rimanere caldi e possono lasciare che la loro temperatura corporea si avvicini a quella dell’acqua. Quindi, non hanno bisogno di questo isolamento extra). Il grasso è uno spesso strato di tessuto adiposo. Gli animali immagazzinano il cibo extra digerito sotto forma di tessuto adiposo, che contiene molecole chiamate lipidi. Il tessuto adiposo ha una conducibilità termica relativamente bassa, il che significa che non trasferisce il calore così bene come altri tessuti e materiali, come i muscoli o la pelle. In questo modo, aiuta ad isolare il corpo di un animale.
Materiali
– Due ciotole
– Acqua fredda
– Acqua calda
– Cubetti di ghiaccio
– Accorciamento (come Crisco)
– Asciugamani di carta
– Cronometro
– Termometro
– Un compagno
Preparazione
– Metti un numero uguale di cubetti di ghiaccio in ogni ciotola senza riempire troppo nessuna delle due. Aggiungere acqua fredda in ogni ciotola.
– Misurare la temperatura dell’acqua in ogni ciotola con un termometro. Dovrebbero avere la stessa temperatura. Quando la temperatura si stabilizza (il che dovrebbe accadere rapidamente), l’acqua è pronta per il test.
Procedura
– Coprire il dito indice di una mano con uno spesso strato di accorciamento, coprendo l’intera area che sarà immersa nell’acqua. Lascia l’altro dito indice pulito e nudo.
– Chiedi al tuo partner di preparare il cronometro. Quando lui o lei è pronto, metti il dito indice di ogni mano in una delle ciotole di acqua ghiacciata e chiedi al tuo partner di iniziare a cronometrare. Non appena il tuo dito sente troppo freddo per tenerlo ancora nell’acqua, tiralo fuori. Per quanto tempo hai lasciato ogni dito nella ciotola?
– Lascia che le tue dita si riscaldino e tornino al loro colore normale. Se l’accorciamento si è staccato dal dito coperto, riapplicalo.
– Fatti aiutare dal tuo compagno a versare l’acqua fredda nel lavandino e riempi di nuovo le due ciotole con acqua calda (assicurati che sia calda ma non abbastanza da bruciare la pelle).
– Misura la temperatura dell’acqua in ogni ciotola con un termometro. Dovrebbero essere più o meno uguali. Nell’acqua calda, pensi che vedrai lo stesso risultato?
– Fai misurare al tuo compagno per quanto tempo puoi lasciare ogni dito nelle ciotole di acqua calda. Per quanto tempo hai lasciato ogni dito nella ciotola? La differenza di tempo tra le due dita era maggiore o minore rispetto a quando avete messo le dita nell’acqua ghiacciata?
– Extra: Quanto sono coerenti i tuoi risultati? Puoi ripetere questa attività due o tre volte, registrando la temperatura delle diverse acque testate e il tempo in cui ogni dito è stato nell’acqua. Poi fai un grafico dei tuoi risultati. In quale ambiente l'”adattamento” dell’accorciamento ha dato un vantaggio consistente?
Osservazioni e risultati
Quando hai immerso le dita nell’acqua ghiacciata, il dito coperto di accorciamento è rimasto caldo più a lungo di quello non coperto? Non c’era la stessa differenza di tempo quando mettevi le dita nell’acqua calda?
I mammiferi che si sono adattati a vivere in acque fredde – come gli orsi polari e le balene – possono stare caldi soprattutto grazie al loro blubber, uno spesso strato di grasso. Il blubber è uniformemente distribuito su gran parte del loro corpo, proprio come l’accorciamento in questa attività ha coperto la superficie del tuo dito in uno strato spesso. Poiché il tessuto adiposo ha una conducibilità termica relativamente bassa, non trasferisce bene il calore rispetto ad altri tessuti e materiali. Gli esseri umani hanno sviluppato alcuni materiali isolanti per il nostro uso quotidiano. Per esempio, lo Styrofoam è un altro materiale che non conduce il calore relativamente bene, mentre i metalli lo conducono molto bene. Questo è il motivo per cui le bevande calde sono spesso servite in polistirolo, poiché mantiene il calore all’interno della tazza, evitando così che le mani si brucino. (Per la stessa ragione, può anche mantenere fresche le bevande fredde più a lungo rispetto, per esempio, a un bicchiere di carta). Quali altri materiali ti vengono in mente che funzionano come isolanti?
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Questa attività ti è stata proposta in collaborazione con Science Buddies