Nyckelbegrepp
Temperatur
Temperatur
Värmeöverföring
Anpassning
Isolering
Fettvävnad
Introduktion
Har du någonsin funderat på hur valar och andra havsdäggdjur överlever och håller sig varma i de kalla haven? Värmeblodiga däggdjur kan leva under dessa kyliga förhållanden eftersom deras kroppar har vissa svala värmesparande anpassningar, tack vare generationer av naturligt urval.
För att föra egenskaper vidare (via sina gener) var med andra ord föregångarna till de moderna marina däggdjuren tvungna att övervinna olika utmaningar för att kunna fortplanta sig, och deras ättlingar fick de gener som gjorde det möjligt för dem att överleva. Denna typ av förändring av organismer över tid är det som ger bränsle åt evolutionen. En viktig anpassning för marina däggdjur är späck, ett tjockt, isolerande fettlager under huden som hjälper till att hålla kroppsvärmen inne och kylan från luften eller vattnet ute. Kommer ett lager falskt späck – i form av en förkortning – att hjälpa dig att undvika att frysa?
Bakgrund
Däggdjur som har utvecklats för att leva i kallt vatten, t.ex. valar, sälar, sjölejon och isbjörnar, har vanligen ett lager späck. Oavsett om de lever i kalla vatten nära Nordpolen eller runt Antarktis eller om de besöker det djupa havet är dessa djurs späck viktigt för deras överlevnad. Under vintern är luften i Arktis (den nordligaste delen av världen) ofta under -40 grader Celsius (-40 grader Fahrenheit). I Antarktis, den kallaste platsen i världen, kan luften vara under -60 grader Celsius (-76 grader F). Beroende på art dyker valar mer än 400 eller 500 meter djupt i havet, där vattnet kan vara kallare än 12 grader C (54 grader F).
Blubbor hjälper dessa havsdäggdjur att inte bli för kalla. (Kallblodiga havsdjur, som fiskar, hajar eller krabbor, behöver inte hålla sig varma och kan låta sina kroppstemperaturer närma sig vattnets. Därför behöver de inte ha denna extra isolering). Späck är ett tjockt lager av fettvävnad (adipös vävnad). Djur lagrar extra smält mat i form av fettvävnad, som innehåller molekyler som kallas lipider. Fettvävnad har en relativt låg värmeledningsförmåga, vilket innebär att den inte överför värme lika bra som andra vävnader och material – t.ex. muskler eller hud. På så sätt hjälper den till att isolera ett djurs kropp.
Material
– Två skålar
– Kallt vatten
– Varmt vatten
– Isbitar
– Shortening (t.ex. Crisco)
– Pappershanddukar
– Stoppur
– Termometer
– En partner
Förberedelse
– Lägg lika många isbitar i varje skål utan att fylla någon av skålarna för fullt. Häll kallt vatten i varje skål.
– Mät temperaturen på vattnet i varje skål med en termometer. De ska ha samma temperatur. När temperaturen jämnar ut sig (vilket bör ske snabbt) är vattnet redo för testet.
Förfarande
– Täck pekfingret på ena handen med ett tjockt lager shortening och täck hela det område som ska nedsänkas i vattnet. Låt ditt andra pekfinger vara rent och naket.
– Be din partner förbereda stoppuret. När han eller hon är klar, lägg pekfingret på varje hand i en av skålarna med isvatten och be din partner börja ta tidtagningen. Så snart ditt finger känns för kallt för att hålla det i vattnet längre ska du ta ut det. Hur länge lämnade du varje finger i skålen?
– Låt fingrarna värmas upp och återfå sin normala färg. Om det lossnade någon shortening från det täckta fingret ska du ta på den igen.
– Be din partner hjälpa dig att hälla ut det kalla vattnet i handfatet och fylla de två skålarna med varmt vatten (se till att det är varmt men inte tillräckligt varmt för att bränna huden).
– Mät temperaturen på vattnet i varje skål med en termometer. De ska vara ungefär lika stora. Tror du att du får samma resultat i det varma vattnet?
– Be din partner ta tid på hur länge du kan låta varje finger ligga i skålarna med varmt vatten. Hur länge lämnade du varje finger i skålen? Var tidsskillnaden mellan de två fingrarna större eller mindre än när du satte fingrarna i det iskalla vattnet?
– Extra: Hur konsekventa är dina resultat? Du kan upprepa den här aktiviteten två eller tre gånger och registrera temperaturen på de olika vatten som testats och tiden som varje finger var i vattnet. Gör sedan ett diagram av dina resultat. I vilken miljö gav shorteningens ”anpassning” konsekvent en fördel?
Observationer och resultat
När du doppade fingrarna i det iskalla vattnet, höll sig då det finger som var täckt med shortening varmt längre än det finger som inte var täckt? Var det inte lika stor tidsskillnad när du stoppade fingrarna i det varma vattnet?
Däggdjur som har anpassat sig till att leva i kallt vatten – till exempel isbjörnar och valar – kan hålla sig varma till stor del på grund av sin blubber, ett tjockt lager av späck. Späck är jämnt fördelat över en stor del av deras kropp, precis som förkortningen i den här aktiviteten täckte ytan på ditt finger i ett tjockt lager. Eftersom fettvävnad har en relativt låg värmeledningsförmåga överför den inte värme bra jämfört med andra vävnader och material. Människan har utvecklat vissa isolerande material för vår egen dagliga användning. Styropor är till exempel ett annat material som inte leder värme relativt bra, medan metaller leder värme mycket bra. Detta är anledningen till att varma drycker ofta serveras i styropor, eftersom det håller värmen inne i koppen och på så sätt förhindrar att händerna bränns. (Av samma anledning kan det också hålla kalla drycker svala längre än till exempel en pappersmugg). Vilka andra material kan du tänka dig som fungerar som isolatorer?
Mer att utforska
Sink or Swim: Muscle versus Fat från Scientific American
Blubber från National Geographic Education
Is Muscle a Better Insulator than Fat in Cold and Heat? från MadSci
What Are You Blubbering About? från Science Buddies
Denna aktivitet ges i samarbete med Science Buddies