Im Anschluss an unsere Whale Adaptations-Serie konzentriert sich dieser Blogbeitrag darauf, wie Wale als warmblütige Säugetiere warm bleiben können, während sie in Wasser leben — insbesondere in Kaltwasserumgebungen. Genau wie wir sind Wale Säugetiere und halten unabhängig von ihrer Umgebung eine konstante innere Körpertemperatur aufrecht. Tatsächlich liegt ihre Körpertemperatur nahe bei unserer eigenen – zwischen etwa 97 und 100 Grad. Wasser leitet jedoch Wärme vom Körper 24 weg.5 mal schneller als Luft, was den Wärmeverlust zu einem großen Problem für jedes Säugetier macht, das Zeit im Wasser verbringt. Dies ist der Grund, warum wir uns im Wasser kälter fühlen und warum wir kältere Lufttemperaturen tolerieren können als Wassertemperaturen.
Um den Wärmeverlust zu reduzieren, haben Wale drei Hauptanpassungen: Verringerung des Verhältnisses von Körperoberfläche zu Volumen, Verwendung ihrer dicken Blubberschicht als Isolator und Wärmespeicherung durch Gegenstromwärmeaustausch.
Es ist wichtig, dass Wale eine geringe Oberfläche im Verhältnis zu ihrem gesamten Körpervolumen haben. Ich denke, Bilder könnten helfen, dies besser zu erklären:
Offensichtlich haben Mäuse und Elefanten sehr unterschiedliche Körpergrößen und sehr unterschiedliche Körpervolumina — die Menge an Raum, die ihre Körpermaterie einnimmt. Was ich jedoch veranschaulichen möchte, ist, dass die Maus im Verhältnis zu ihrer Größe eine viel höhere Oberfläche hat, auf der Wärme an die äußere Umgebung verloren gehen kann. Wenn beide Tiere kaltem Wetter ausgesetzt wären, würden beide schließlich Wärme an die Umwelt verlieren. Die Maus würde jedoch viel schneller Wärme verlieren, da ein größerer Prozentsatz ihres gesamten Körpervolumens der Oberfläche ausgesetzt ist. Um Wärme zu erhalten, ist es vorteilhafter, ein größeres Volumen im Vergleich zu Ihrer Körperoberfläche zu haben, so dass es weniger Möglichkeiten für Wärmeverluste gibt. Dies hilft zu erklären, warum Meeressäuger dazu neigen, so groß zu sein, da es für sie vorteilhaft ist, die kleinste relative Oberfläche in Kontakt mit dem Wasser zu haben. Und es ist einfacher für Wale, große Größen zu erreichen, weil sie nicht wie Landsäugetiere mit den vollen Auswirkungen der Schwerkraft umgehen müssen.
Der zweite Hauptweg, um warm zu bleiben, ist Blubber. Obwohl Fell ein guter Isolator für Landsäugetiere ist, wäre es für Wale aus mehreren Gründen nicht so erfolgreich. Pelz wirkt als Isolator, weil er eine isolierende Luftschicht einschließt: jedoch, Der atmosphärische Druck unter den Oberflächengewässern führt dazu, dass sich die Luft komprimiert und ihre isolierende Kraft verliert. Daher haben Wale keinen schützenden Pelzmantel wie viele Landsäugetiere oder Robben und Eisbären und verlassen sich stattdessen auf ihren dicken Blubber, um ihren Körper in kaltem Wasser zu isolieren. Dieser Blubber ermöglicht eine sehr glatte Außenfläche und reduziert auch den hydrodynamischen Widerstand. Eine andere Möglichkeit, Wale sowohl Wärmeverlust als auch Widerstand zu reduzieren, besteht darin, ihre Genitalien zu verinnerlichen, anstatt wie die meisten Landsäugetiere äußerlich zu sein.
Die dicke Blubberschicht hält nicht nur die Wärme im Inneren des Körpers, sondern die äußerste Hautschicht wird auf die gleiche Temperatur wie das umgebende Wasser gekühlt, um den Wärmeverlust durch Wärmeleitung weiter zu reduzieren. Die Dicke des Blubbermantels variiert je nach Art und Jahreszeit: zum Beispiel haben Buckelwale im Allgemeinen Blubberschichten um 6 Zoll dick, während nach ihrer Fütterungssaison Glattwale eine bis zu 50 cm dicke Blubberschicht haben können! Dickere Blubberschichten machen bestimmte Arten auch schwimmfähiger. In der Tat, das ist, wo der Name „right whale“ kam aus; sie sind so schwimmfähig, dass sie sogar schwimmen, wenn tot und während der Walfang Tage galten als die „richtige“ Wal zu töten. Eine der Nebenwirkungen des Auftriebs ist, dass diese Wale beim Tauchen in der Regel häufiger ihre Würmer aus dem Wasser heben, da sie zusätzliche Hilfe benötigen, um sich in die Wassersäule zu treiben. Stromlinienförmigere Wale, wie Finbacks oder Minkes, haben nur wenige Zentimeter dicke Blubberschichten und müssen beim Tauchen selten aufspringen.
Aber das ist nur eine Seite der Geschichte, was ist, wenn Wale überhitzen, weil sie schnell schwimmen, oberflächenaktiv sind, schwanger sind oder sich in wärmerem Wasser befinden. Wale haben keine Talgdrüsen und können nicht wie wir schwitzen, um sich abzukühlen, also brauchen sie eine andere Strategie, um überschüssige Wärme abzugeben … und um Wärme abzugeben, muss es einen Weg geben, die Blubberschicht zu umgehen. Während der Blubber-Mantel eine hervorragende Isolierung für den größten Teil des Körpers der Wale bietet, gibt es bestimmte Bereiche, die als thermische Fenster bezeichnet werden, denen Blubber fehlt und die nicht gut isoliert sind. Diese Bereiche umfassen Flossen, Rückenflossen und ihre Fluken, die jeweils relativ dünn und stark vaskularisiert sind. Wir sind immer noch nicht ganz sicher, was alle Zwecke der Rückenflosse sind, weil einige Wale es völlig fehlen — aber wir glauben, dass diese thermischen Fenster manchmal als eine Möglichkeit für Wale dienen, überschüssige Wärme abzugeben.
Während die thermischen Fenster große Möglichkeiten für die Wale sind, Wärme abzugeben, wenn sie überhitzen, wollen sie nicht immer Wärme an die Umwelt verlieren. Eines der Probleme mit diesen Bereichen ist, dass das Blut, das von ihnen zurückkehrt, kalt ist und möglicherweise das Herz kalt schockieren könnte. Dies wird durch eine weitere große Anpassung verhindert – ein System namens Gegenstromwärmeaustausch. Die Arterien und Venen in diesen Geweben sind sehr nahe beieinander, aber das Blut fließt in verschiedene Richtungen, so dass Wärme über Membranen übertragen werden kann. Die Wärme in warmem Blut, die das Herz verlässt, erwärmt also das kalte Blut, das von den Extremitäten zum Herzen zurückkehrt. Dies bedeutet, dass das Herz immer mit warmem Blut gepumpt wird und die Wärme, die an das Wasser in diesen Wärmefenstern verloren geht, verringert wird.
Wale haben diesen Gegenstromwärmeaustausch auch in der weichen Palette ihres Mundes (das ist das Rosa im Dach des Oberkiefers). Wenn Bartenwale in ihren Kaltwasserfütterungsgebieten sind, verbringen sie mindestens die Hälfte der Zeit mit offenem Maul, was zu einem möglicherweise großen Wärmeverlust führt. Dieses System hilft sicherzustellen, dass sie nicht zu viel Wärme an ihre Umgebung verlieren und warmes Blut zum Gehirn und Herzen zurückführt. Offensichtlich ist viel Regulierung erforderlich, um diesen komplizierten Prozess aufrechtzuerhalten, was Wale bei der Regulierung ihrer Körpertemperatur äußerst einzigartig macht.
