Concepte cheie
Temperatură
Transferul de căldură
Adaptare
Insolație
Tesut adipos
Introducere
S-ați întrebat vreodată cum supraviețuiesc și se încălzesc balenele și alte mamifere marine în oceanele reci? Mamiferele cu sânge cald pot trăi în aceste condiții reci deoarece corpurile lor au unele adaptări care salvează căldura rece, datorită generațiilor de selecție naturală.
Cu alte cuvinte, pentru a transmite caracteristici (prin intermediul genelor lor), predecesorii mamiferelor marine moderne au trebuit să depășească diferite provocări pentru a se reproduce, iar descendenții lor au primit genele care le-au permis supraviețuirea. Acest tip de schimbare a organismelor de-a lungul timpului este ceea ce alimentează evoluția. O adaptare importantă pentru mamiferele marine este grăsimea, un strat gros și izolator de grăsime aflat sub piele, care ajută la menținerea căldurii corpului în interior și a frigului din aer sau din apă în exterior. Vă va ajuta un strat de untură falsă – sub formă de scurtare – să nu vă răciți?
Context
Mamiferele care au evoluat pentru a trăi în ape reci, cum ar fi balenele, focile, leii de mare și urșii polari, au de obicei un strat de untură. Fie că trăiesc în apele reci din apropierea Polului Nord sau din jurul Antarcticii, fie că vizitează adâncurile oceanului, untura acestor animale este vitală pentru supraviețuirea lor. În timpul iernii, aerul din Arctica (cea mai nordică parte a lumii) este adesea sub -40 grade Celsius (-40 grade Fahrenheit). În Antarctica, cel mai rece loc din lume, temperatura poate fi sub -60 grade Celsius (-76 grade F). În funcție de specie, balenele se scufundă la o adâncime de peste 400 sau 500 de metri (aproximativ un sfert de milă) în ocean, unde apa poate fi mai rece de 12 grade C (54 grade F).
Blubberul ajută aceste mamifere marine să nu se răcească prea tare. (Animalele marine cu sânge rece, cum ar fi peștii, rechinii sau crabii, nu au nevoie să se încălzească și pot lăsa ca temperatura corpului lor să se apropie de cea a apei. Astfel, ele nu au nevoie de această izolație suplimentară). Grăsimea este un strat gros de țesut gras (adipos). Animalele stochează hrana digerată în plus sub formă de țesut adipos, care conține molecule numite lipide. Țesutul adipos are o conductivitate termică relativ scăzută, ceea ce înseamnă că nu transferă căldura la fel de bine ca alte țesuturi și materiale – cum ar fi mușchii sau pielea. Astfel, ajută la izolarea corpului unui animal.
Materiale
– Două boluri
– Apă rece
– Apă caldă
– Cuburi de gheață
– Untură (cum ar fi Crisco)
– Șervețele de hârtie
– Cronometru
– Termometru
– Un partener
– Pregătire
– Puneți un număr egal de cuburi de gheață în fiecare bol fără să umpleți prea mult niciunul dintre ele. Adăugați apă rece în fiecare bol.
– Măsurați temperatura apei din fiecare bol cu ajutorul unui termometru. Acestea ar trebui să aibă aceeași temperatură. Când temperatura se stabilizează (ceea ce ar trebui să se întâmple rapid), apa este gata pentru test.
Procedură
– Acoperiți degetul arătător de la o mână cu un strat gros de untură, acoperind întreaga zonă care va fi scufundată în apă. Lăsați celălalt deget arătător curat și gol.
– Cereți partenerului dumneavoastră să pregătească cronometrul. Când este gata, puneți degetul arătător de la fiecare mână într-unul dintre bolurile cu apă cu gheață și cereți-i partenerului dvs. să înceapă să vă cronometreze. De îndată ce degetul dvs. simte că este prea rece pentru a-l mai ține în apă, scoateți-l din apă. Cât timp ați lăsat fiecare deget în bol?
– Lăsați degetele să se încălzească și să revină la culoarea lor normală. Dacă s-a desprins ceva grăsime de pe degetul acoperit, aplicați-o din nou.
– Cereți partenerului dumneavoastră să vă ajute să turnați apa rece în chiuvetă și să umpleți din nou cele două boluri cu apă caldă (asigurați-vă că este caldă, dar nu suficient de fierbinte pentru a vă arde pielea).
– Măsurați temperatura apei din fiecare bol cu un termometru. Acestea ar trebui să fie aproximativ la fel. În apa caldă, credeți că veți vedea același rezultat?
– Cereți partenerului vostru să cronometreze cât timp puteți lăsa fiecare deget în bolurile cu apă caldă. Cât timp ați lăsat fiecare deget în bol? Diferența de timp între cele două degete a fost mai mare sau mai mică decât atunci când ați pus degetele în apa rece ca gheața?
– Extra: Cât de consistente sunt rezultatele tale? Puteți repeta această activitate de două sau trei ori, înregistrând temperatura diferitelor ape testate și timpul în care fiecare deget a stat în apă. Apoi realizați un grafic cu rezultatele voastre. În ce mediu „adaptarea” la scurtare a oferit în mod constant un avantaj?
Observații și rezultate
Când v-ați scufundat degetele în apa rece ca gheața, degetul acoperit cu scurtare a rămas cald mai mult timp decât cel care nu a fost acoperit? Nu a existat o diferență de timp la fel de mare atunci când v-ați băgat degetele în apa caldă?
Mamiferele care s-au adaptat să trăiască în ape reci – cum ar fi urșii polari și balenele – pot rămâne calde în mare parte datorită grăsimii lor, un strat gros de untură. Untura este distribuită uniform pe o mare parte din corpul lor, la fel cum scurgerea din această activitate a acoperit suprafața degetului dvs. într-un strat gros. Deoarece țesutul adipos are o conductivitate termică relativ scăzută, acesta nu transferă bine căldura în comparație cu alte țesuturi și materiale. Oamenii au dezvoltat unele materiale izolatoare pentru uzul nostru zilnic. De exemplu, polistirenul este un alt material care nu conduce relativ bine căldura, în timp ce metalele conduc foarte bine căldura. Acesta este motivul pentru care băuturile fierbinți sunt adesea servite în polistiren, deoarece păstrează căldura în interiorul paharului, evitând astfel ca mâinile să se ardă. (Din același motiv, poate, de asemenea, să păstreze băuturile reci la rece mai mult timp decât, de exemplu, un pahar de hârtie). La ce alte materiale vă puteți gândi care funcționează ca izolatori?
Mai multe de explorat
Sink or Swim: Musculatura versus grăsimea de la Scientific American
Blubber de la National Geographic Education
Is Muscle a Better Insulator than Fat in Cold and Heat? de la MadSci
What Are You Blubbering About? de la Science Buddies
Acestă activitate vă este oferită în parteneriat cu Science Buddies
.