Международная команда исследователей изучила челюстно-лицевые кости разных видов тюленей. Оказалось, что арктические тюлени сохраняют тепло и влагу лучше, чем субтропические. Причина заключается в строении носа. У арктических тюленей более извилистые носовые ходы и широкие кости, покрытые слизистой тканью. Так животные согревают и увлажняют воздух, поступающий в легкие. Исследование опубликовано в журнале Biophysical Journal.
В сухих холодных условиях животные теряют тепло и влагу даже при обычном дыхании. Однако у большинства млекопитающих и птиц внутри носовых полостей существуют специальные кости, которые сводят к минимуму эти потери. Костные выступы покрыты слизистыми тканями. Они согревают и увлажняют вдыхаемый воздух для легких, а также сохраняют его при выдохе.
Структура челюстно-лицевых костей меняется от одного вида к другому. Ранее ученые выяснили, что носы северных оленей специально обеспечивают теплообмен в холодных условиях, однако эти виды живут лишь в одном климатическом поясе. Теперь исследователи изучили тюленей и проверили особенности их арктических видов.
С помощью компьютерной томографии исследователи создали 3D-модели носовых полостей арктического тюленя морского зайца (Erignathus barbatus) и субтропического вида тюленя-монаха (Monachus monachus). Затем ученые использовали модель рассеивания энергии: они сравнили способность полостей нагревать и увлажнять воздух на вдохе и уменьшать потерю тепла на выдохе. Команда испытала смоделированных тюленей в арктических условиях (-30 °C) и при температуре 10 °C — для субтропической особи это означало бы холодный день.
Оказалось, что морские зайцы лучше сохраняют тепло и влагу как при -30 °C, так и при 10 °C. В арктических условиях субтропические тюлени теряли в 1,45 раза больше тепла и в 3,5 раза больше воды за один цикл дыхания. А при температуре 10 °C они выдыхали в 1,5 раза больше тепла и в 1,7 раза больше воды, чем арктические виды.
Ученые объяснили это различие более сложной и плотной носовой полостью арктического тюленя. Его широкие челюстно-лицевые кости не дают энергии рассеиваться даже при низких температурах.
В будущем исследователи изучат строение носа других видов. Они хотят увидеть, как эволюция меняет физическое состояние животных в разных погодных условиях.
«Верблюду, например, не нужно сильно экономить на тепле. Но ему нужно экономить на воде, поэтому можно предположить, что это могло бы рассказать нам кое-что об относительной связи этих двух факторов», — рассказал Сигне Кьелструп, соавтор исследования из Норвежского университета науки и технологии.
Ученые планируют использовать новые данные для разработки теплообменников и систем вентиляции. По словам авторов, инженеры могут заимствовать у природы механизм теплообмена и создать более эффективные кондиционеры и другие устройства.
Автор: Ксения Земскова.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
