Key concepts
Temperatuur
Warmteoverdracht
Aanpassing
Insulation
Vetweefsel
Inleiding
Heeft u zich ooit afgevraagd hoe walvissen en andere zeezoogdieren overleven en warm blijven in de koude oceanen? Warmbloedige zoogdieren kunnen in deze kille omstandigheden leven omdat hun lichaam enkele koele warmtebesparende aanpassingen heeft, dankzij generaties van natuurlijke selectie.
Met andere woorden, om eigenschappen door te geven (via hun genen) moesten de voorgangers van de moderne zeezoogdieren verschillende uitdagingen overwinnen om zich voort te planten, en hun nakomelingen kregen de genen die hun overleving mogelijk maakten. Dit soort veranderingen in organismen in de loop van de tijd is wat de evolutie aanwakkert. Een belangrijke aanpassing voor zeezoogdieren is blubber, een dikke, isolerende vetlaag onder de huid die helpt om lichaamswarmte binnen te houden en de koude van de lucht of het water buiten. Helpt een laagje nepblubber – in de vorm van verkorting – je te voorkomen dat je het koud krijgt?
Achtergrond
Zoogdieren die zijn geëvolueerd om in koude wateren te leven, zoals walvissen, zeehonden, zeeleeuwen en ijsberen, hebben meestal een laagje blubber. Of ze nu in de koude wateren bij de Noordpool of rond Antarctica leven of de diepe oceaan bezoeken, de speklaag van deze dieren is van vitaal belang voor hun overleving. In de winter is de lucht op de Noordpool (het noordelijkste deel van de wereld) vaak lager dan -40 graden Celsius (-40 graden Fahrenheit). Op Antarctica, de koudste plek ter wereld, kan het minder dan -60 graden Celsius (-76 graden F) zijn. Afhankelijk van de soort duiken walvissen meer dan 400 of 500 meter (ongeveer een vierde van een mijl) diep in de oceaan, waar het water kouder kan zijn dan 12 graden C (54 graden F).
Blubber helpt deze zeezoogdieren te voorkomen dat ze het te koud krijgen. (Koudbloedige zeedieren, zoals vissen, haaien of krabben, hoeven niet warm te blijven en kunnen hun lichaamstemperatuur dichter bij die van het water laten komen. Zij hebben deze extra isolatie dus niet nodig). Blubber is een dikke laag vetweefsel (adipose). Dieren slaan extra verteerd voedsel op in de vorm van vetweefsel, dat moleculen bevat die lipiden worden genoemd. Vetweefsel heeft een relatief laag warmtegeleidingsvermogen, wat betekent dat het de warmte niet zo goed overdraagt als andere weefsels en materialen, zoals spieren of huid. Op die manier helpt het om het lichaam van een dier te isoleren.
Materialen
– Twee kommen
– Koud water
– Warm water
– IJsblokjes
– Shortening (zoals Crisco)
– Papieren handdoeken
– Stopwatch
– Thermometer
– Een partner
Voorbereiding
– Doe een gelijk aantal ijsblokjes in elke kom zonder een van beide kommen te vol te stoppen. Voeg koud water toe aan elke kom.
– Meet de temperatuur van het water in elke kom met een thermometer. Ze moeten dezelfde temperatuur hebben. Wanneer de temperatuur afvlakt (wat snel zou moeten gebeuren), is het water klaar voor de test.
Procedure
– Bedek uw wijsvinger van de ene hand met een dikke laag vet, die het hele gebied bedekt dat in het water zal worden ondergedompeld. Laat uw andere wijsvinger schoon en bloot.
– Laat uw partner de stopwatch klaarzetten. Wanneer hij of zij klaar is, steek de wijsvinger van elke hand in een van de kommen met ijswater en laat uw partner de tijd opnemen. Zodra je vinger te koud aanvoelt om hem nog langer in het water te houden, haal je hem eruit. Hoe lang heb je elke vinger in de kom gelaten?
– Laat je vingers opwarmen en hun normale kleur terugkrijgen. Laat je partner je helpen het koude water in de gootsteen te gieten en de twee kommen opnieuw te vullen met warm water (zorg ervoor dat het warm is, maar niet heet genoeg om de huid te verbranden).
– Meet de temperatuur van het water in elke kom met een thermometer. Ze moeten ongeveer gelijk zijn. Denk je dat je in het warme water hetzelfde resultaat zult zien?
– Laat je partner timen hoe lang je elke vinger in de kommen met warm water kunt laten. Hoe lang heb je elke vinger in de kom gelaten? Was het tijdsverschil tussen de twee vingers groter of kleiner dan wanneer je je vingers in het ijskoude water legde?
– Extra: Hoe consistent zijn uw resultaten? Je kunt deze activiteit twee of drie keer herhalen, waarbij je de temperatuur van de verschillende geteste waters en de tijd dat elke vinger in het water was noteert. Maak vervolgens een grafiek van je resultaten. In welke omgeving gaf de “aanpassing” van de vingerkortingen consequent een voordeel?
Observaties en resultaten
Wanneer je je vingers in het ijskoude water dompelde, bleef de vinger die met de vingerkortingen bedekt was langer warm dan de vinger die niet bedekt was? Was er niet zo’n groot tijdsverschil wanneer u uw vingers in het warme water stak?
Zoogdieren die zich hebben aangepast aan het leven in koud water – zoals ijsberen en walvissen – kunnen grotendeels warm blijven door hun blubber, een dikke laag spek. De blubber is gelijkmatig verdeeld over een groot deel van hun lichaam, net zoals het vet in deze activiteit het oppervlak van uw vinger in een dikke laag bedekt. Aangezien vetweefsel een betrekkelijk laag warmtegeleidingsvermogen heeft, draagt het warmte niet goed over in vergelijking met andere weefsels en materialen. De mens heeft enkele isolerende materialen ontwikkeld voor zijn eigen dagelijks gebruik. Zo is piepschuim een ander materiaal dat de warmte relatief slecht geleidt, terwijl metalen de warmte juist zeer goed geleiden. Daarom worden warme dranken vaak geserveerd in piepschuim, omdat het de warmte binnen de beker houdt en zo voorkomt dat je handen verbranden. (Om dezelfde reden kan het ook koude dranken langer koel houden dan bijvoorbeeld een papieren beker). Welke andere materialen kun je bedenken die als isolator werken?
More to explore
Sink or Swim: Muscle versus Fat van Scientific American
Blubber van National Geographic Education
Is Muscle a Better Insulator than Fat in Cold and Heat? van MadSci
What Are You Blubbering about? van Science Buddies
Deze activiteit wordt u aangeboden in samenwerking met Science Buddies