Zimne ptasie nóżki

5 grudnia 2020
Blog szalonych naukowców

Zaczyna się zima. W Warszawie na początku grudnia temperatura maksymalna w dzień spadła do wartości nienotowanej od dwóch lat. Co prawda ten straszny ziąb to -1,5 st. C, ale i tak założyłem czapkę. Ciepło uciekające przez głowę dziecka przyprawia o ból głowy stereotypowe babcie (stereotypowe mamusie też, ale już w mniejszym stopniu). W parku pojawiły się psy w sweterkach. Ptaki stroszą pióra.

No właśnie – ptaki. Są izolowane pierzem z wyjątkiem dzioba i nóg. Dziób to twór głównie kostno-rogowy, więc mało ożywiony, ale co z ciepłem uciekającym nogami? Trochę udaje się ograniczyć tę ucieczkę, podkurczając je i wtulając w pióra. Można schować jedną nogę, a stać na drugiej.

Ale przecież nieraz widać ptaki stojące godzinami na lodzie albo śniegu. Słyszy się o sytuacjach, gdy nie zauważają, że jest zimno, i przymarzają. Ewidentnie nie jest to dla nich taki problem jak dla ssaków z naszej strefy klimatycznej, które szukają jakichś nor (albo przynajmniej mają nogi izolowane od zimnego podłoża rogową warstwą kopyta).

Otóż ptaki mają sposób, żeby ciepło niesione we krwi nie uciekało na zewnątrz ciała. Tętnice biegnące blisko skóry nóg nie tyle ogrzewają ją, co kończyłoby się bezsensowną ucieczką ciepła, ile ogrzewają krew płynącą w położonych równolegle żyłach prowadzących stąd wyziębioną krew. To druga zaleta tego rozwiązania – zimna krew nie trafia do serca, chłodząc po drodze narządy wewnętrzne, tylko nagrzewa się.

Takie ułożenie naczyń krwionośnych  – tętnic i żył – leżących równolegle, ale toczących krew w przeciwne strony, nazywa się mechanizmem przeciwprądowym. Nie tylko ptaki go wykształciły. Przeciwprądy można znaleźć u ryb z tak odległych linii jak rekiny czy mieczniki.

Po co rybom zimnym jak ryba przeciwprądy? Otóż zwierzęta zmiennocieplne niekoniecznie przyjmują temperaturę otoczenia. Większe owady, poruszając mięśniami, nagrzewają się. Pszczoły tak mogą otoczyć atakującego szerszenia, że ruch ich mięśni prowadzi do jego przegrzania. Mięśnie ryb też się nagrzewają, a niektóre mają przy mózgu brunatną tkankę tłuszczową.

Tymczasem mogą być otoczone przez wodę o temperaturze niższej niż optymalna. Skórę mają pokrytą łuskami i różnymi śluzami (które mogą się zetrzeć, np. gdy jakiś miłośnik podlodowego łowienia ryb wyciągnie ją z wody o temperaturze ok. 4 st. na powietrze o temperaturze poniżej zera ręką o temperaturze ponad 30 stopni, a wszystkie te skoki następują niemal natychmiast, podczas gdy ryby na co dzień żyją w wodzie, a więc w środowisku bardzo powoli zmieniającym temperaturę). Skrzela nie są tak izolowane i żeby działać, muszą się stykać bezpośrednio z wodą, nieraz nawet kilkanaście stopni chłodniejszą niż mięśnie.

Właśnie tam przeciwprądowe ułożenie żył i tętnic sprawia, że wymiana ciepła zachodzi na ograniczonym obszarze i w sposób pozwalający je wykorzystać. Przeciwprądy też są wykorzystywane do wymiany gazowej między krwią zawierającą różne proporcje tlenu i dwutlenku węgla.

Ludzie mają w głowie chłodnicę. Jedna z hipotez dotyczących ewolucji człowieka to właśnie w tej funkcji mózgu widzi główny motor (jak wiele pomysłów dotyczących historii – jest bardziej spekulacją osadzoną na jakichś podstawach niż falsyfikowalną hipotezą). Słonie mają w tym celu rozłożyste uszy. Tymczasem ptaki gospodarują ciepłem znacznie bardziej ekonomicznie.

A w czasie pisania tego tekstu temperatura otoczenia wzrosła o kilkanaście stopni i z Barbary po lodzie robi się Mikołaj po wodzie.

Piotr Panek

fot. Piotr Panek, licencja CC BY-SA 4.0