Schlüsselbegriffe
Temperatur
Wärmeübertragung
Anpassung
Isolierung
Fettgewebe
Einführung
Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Wale und andere Meeressäuger in den kalten Ozeanen überleben und warm bleiben? Warmblütige Säugetiere können unter diesen kalten Bedingungen leben, weil ihre Körper dank Generationen natürlicher Auslese über einige kühlende, wärmespeichernde Anpassungen verfügen.
Mit anderen Worten, um Eigenschaften (über ihre Gene) weiterzugeben, mussten die Vorgänger der modernen Meeressäuger verschiedene Herausforderungen überwinden, um sich fortzupflanzen, und ihre Nachkommen erhielten die Gene, die ihr Überleben ermöglichten. Diese Art der Veränderung von Organismen im Laufe der Zeit ist der Motor der Evolution. Eine wichtige Anpassung für Meeressäuger ist der Blubber, eine dicke, isolierende Fettschicht unter der Haut, die dazu beiträgt, die Körperwärme im Inneren und die Kälte der Luft oder des Wassers draußen zu halten. Hilft Ihnen eine Schicht aus falschem Speck – in Form von Kürzeln – dabei, nicht zu frieren?
Hintergrund
Säugetiere, die sich an das Leben in kalten Gewässern angepasst haben, wie Wale, Robben, Seelöwen und Eisbären, haben in der Regel eine Speckschicht. Ganz gleich, ob sie in kalten Gewässern in der Nähe des Nordpols oder der Antarktis leben oder sich in der Tiefsee aufhalten, der Speck dieser Tiere ist überlebenswichtig für sie. Im Winter liegt die Luft in der Arktis (dem nördlichsten Teil der Welt) oft unter -40 Grad Celsius. In der Antarktis, dem kältesten Ort der Welt, kann die Temperatur unter -60 Grad Celsius liegen. Je nach Art tauchen Wale mehr als 400 oder 500 Meter tief in den Ozean, wo das Wasser kälter als 12 Grad Celsius sein kann.
Der Speck hilft diesen Meeressäugern, nicht zu kalt zu werden. (Kaltblütige Meerestiere wie Fische, Haie oder Krebse müssen sich nicht warm halten und können ihre Körpertemperatur der des Wassers annähern. Daher brauchen sie diese zusätzliche Isolierung nicht.) Blubber ist eine dicke Schicht aus Fettgewebe (Adipose). Tiere lagern verdaute Nahrung in Form von Fettgewebe ein, das Moleküle namens Lipide enthält. Fettgewebe hat eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, was bedeutet, dass es Wärme nicht so gut überträgt wie andere Gewebe und Materialien, z. B. Muskeln oder Haut. Auf diese Weise hilft es, den Körper eines Tieres zu isolieren.
Materialien
– Zwei Schalen
– Kaltes Wasser
– Warmes Wasser
– Eiswürfel
– Shortening (wie Crisco)
– Papiertücher
– Stoppuhr
– Thermometer
– Ein Partner
Vorbereitung
– Gib in jede Schale die gleiche Anzahl Eiswürfel, ohne eine der Schalen zu voll zu machen. Gib kaltes Wasser in jede Schale.
– Miss die Temperatur des Wassers in jeder Schale mit einem Thermometer. Sie sollten die gleiche Temperatur haben. Wenn sich die Temperatur angleicht (was schnell geschehen sollte), ist das Wasser bereit für den Test.
Vorgehensweise
– Bestreiche deinen Zeigefinger an einer Hand mit einer dicken Schicht Fett, die den gesamten Bereich bedeckt, der in das Wasser getaucht wird. Lass deinen anderen Zeigefinger sauber und nackt.
– Lass deinen Partner die Stoppuhr vorbereiten. Wenn er oder sie bereit ist, legen Sie den Zeigerfinger jeder Hand in eine der Schalen mit Eiswasser und lassen Sie Ihren Partner die Zeit messen. Sobald du merkst, dass dein Finger zu kalt ist, um ihn noch länger im Wasser zu lassen, nimm ihn heraus. Wie lange hast du jeden Finger in der Schüssel gelassen?
– Lass deine Finger warm werden und ihre normale Farbe wieder annehmen.
– Lass dir von deinem Partner helfen, das kalte Wasser in die Spüle zu schütten und fülle die beiden Schüsseln mit warmem Wasser auf (achte darauf, dass es warm ist, aber nicht heiß genug, um die Haut zu verbrennen).
– Miss die Temperatur des Wassers in jeder Schüssel mit einem Thermometer. Sie sollten ungefähr gleich sein. Glaubst du, dass du im warmen Wasser das gleiche Ergebnis erzielen wirst?
– Lass deinen Partner die Zeit messen, wie lange du jeden Finger in den Schüsseln mit warmem Wasser lassen kannst. Wie lange hast du jeden Finger in der Schale gelassen? War der Zeitunterschied zwischen den beiden Fingern größer oder kleiner, als wenn ihr die Finger in das eiskalte Wasser gelegt habt?
– Extra: Wie konsistent sind deine Ergebnisse? Du kannst diese Aktivität zwei- oder dreimal wiederholen und dabei die Temperatur der verschiedenen getesteten Wässer und die Zeit, die jeder Finger im Wasser war, aufzeichnen. Erstelle dann ein Diagramm mit deinen Ergebnissen. In welcher Umgebung war die „Anpassung“ an die Verkürzung durchweg von Vorteil?
Beobachtungen und Ergebnisse
Wenn du deine Finger in das eiskalte Wasser getaucht hast, blieb dann der mit Verkürzung bedeckte Finger länger warm als der nicht bedeckte? War der Zeitunterschied beim Eintauchen der Finger in warmes Wasser nicht so groß?
Säugetiere, die sich an das Leben in kalten Gewässern angepasst haben – wie Eisbären und Wale – können sich vor allem dank ihres Blubbers, einer dicken Speckschicht, warm halten. Der Speck ist gleichmäßig über einen großen Teil ihres Körpers verteilt, so wie die Kürzung in dieser Aktivität die Oberfläche Ihres Fingers in einer dicken Schicht bedeckt. Da Fettgewebe eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit hat, überträgt es die Wärme im Vergleich zu anderen Geweben und Materialien nicht gut. Der Mensch hat einige isolierende Materialien für seinen eigenen täglichen Gebrauch entwickelt. Styropor ist zum Beispiel ein weiteres Material, das Wärme relativ schlecht leitet, während Metalle Wärme sehr gut leiten. Aus diesem Grund werden heiße Getränke oft in Styroporbechern serviert, da sie die Wärme im Becher halten und so verhindern, dass man sich die Hände verbrennt. (Aus demselben Grund kann es auch kalte Getränke länger kühl halten als z. B. ein Pappbecher). Welche anderen Materialien fallen dir ein, die als Isolatoren funktionieren?
Mehr zum Erforschen
Sink or Swim: Muscle versus Fat von Scientific American
Blubber von National Geographic Education
Is Muscle a Better Insulator than Fat in Cold and Heat? von MadSci
What Are You Blubbering About? von Science Buddies
Diese Aktivität wurde in Zusammenarbeit mit Science Buddies entwickelt