Per seguire la nostra serie di adattamenti delle balene questo post del blog si concentrerà su come le balene, come mammiferi a sangue caldo, possono stare al caldo mentre vivono in acqua, specialmente in ambienti con acqua fredda. Proprio come noi, le balene sono mammiferi e mantengono una temperatura corporea interna costante indipendentemente dal loro ambiente. In effetti, la loro temperatura corporea è vicina alla nostra—che varia da circa 97 a 100 gradi. Tuttavia, l’acqua conduce il calore lontano dal corpo 24.5 volte più veloce dell’aria, rendendo la perdita di calore un grosso problema per qualsiasi mammifero passare il tempo in acqua. Questo è il motivo per cui ci sentiamo più freddi in acqua, e perché possiamo tollerare temperature dell’aria più fredde di quanto possiamo temperature dell’acqua.
Per ridurre la perdita di calore, le balene hanno tre adattamenti principali: ridurre il rapporto superficie / volume del corpo, utilizzare il loro spesso strato di grasso come isolante e trattenere il calore attraverso lo scambio di calore controcorrente.
È importante che le balene abbiano una superficie bassa rispetto al loro volume corporeo totale. Penso che le immagini potrebbero aiutare a spiegare meglio questo:
Chiaramente, topi ed elefanti hanno dimensioni corporee molto diverse e volumi corporei molto diversi—la quantità di spazio occupato dalla loro materia corporea. Ma quello che vorrei illustrare è che rispetto alle loro dimensioni, il mouse ha una superficie molto più alta in cui il calore potrebbe essere perso nell’ambiente esterno. Se entrambi questi animali fossero esposti al freddo, entrambi perderebbero calore nell’ambiente. Il mouse, tuttavia, perderebbe calore molto più velocemente poiché una percentuale maggiore del suo volume totale del corpo viene esposta alla superficie. Al fine di preservare il calore, è più vantaggioso avere un volume maggiore rispetto alla superficie del corpo, quindi ci sono meno opportunità di perdita di calore. Questo aiuta a spiegare perché i mammiferi marini tendono ad essere così grandi, in quanto è vantaggioso per loro avere la più piccola superficie relativa a contatto con l’acqua. Ed è più facile per le balene raggiungere grandi dimensioni perché non devono affrontare tutti gli effetti della gravità come i mammiferi terrestri.
Il secondo modo principale in cui le balene rimangono calde è il grasso. Sebbene la pelliccia sia un buon isolante per i mammiferi terrestri, non sarebbe altrettanto efficace per le balene per un paio di motivi. La pelliccia funziona come isolante perché intrappola uno strato isolante di aria: tuttavia, la pressione atmosferica sotto le acque superficiali fa sì che l’aria si comprima e perda il suo potere isolante. Pertanto, le balene non hanno una pelliccia protettiva come molti mammiferi terrestri o foche e orsi polari, e si affidano invece al loro grasso spesso per isolare i loro corpi in acqua fredda. Questo grasso consente una superficie esterna molto liscia, riducendo anche la resistenza idrodinamica. Un altro modo in cui le balene riducono sia la perdita di calore che la resistenza è interiorizzare i loro genitali, invece di essere esterni come la maggior parte dei mammiferi terrestri.
Lo spesso strato di grasso non solo mantiene il calore all’interno del corpo, ma lo strato più esterno della pelle viene raffreddato alla stessa temperatura dell’acqua circostante per ridurre ulteriormente la perdita di calore attraverso la conduzione. Lo spessore del mantello di grasso varia tra specie e periodo dell’anno: ad esempio, le megattere hanno generalmente strati di grasso circa 6 pollici di spessore, mentre dopo la loro stagione di alimentazione le balene franche possono avere uno strato di grasso fino a 50 cm di spessore! Strati di grasso più spessi rendono anche alcune specie più vivaci. In effetti, è da lì che viene il nome “balena franca”; sono così galleggianti che galleggiano anche quando sono morti e durante i giorni di caccia alle balene erano considerati la balena “giusta” da uccidere. Uno degli effetti collaterali dell’essere galleggianti è che queste balene in genere sollevano i loro trematodi dall’acqua più spesso durante le immersioni perché hanno bisogno dell’aiuto extra per spingersi giù nella colonna d’acqua. Balene più snelle, come finbacks o minkes, hanno strati di grasso solo diversi pollici di spessore e raramente hanno bisogno di fluke up durante le immersioni.
Ma questo è solo un lato della storia, cosa succede se le balene si surriscaldano perché nuotano velocemente, sono attive in superficie, sono incinte o sono in acqua più calda. Le balene non hanno ghiandole sebacee e non possono sudare come noi per rinfrescarsi, quindi hanno bisogno di una strategia diversa per essere in grado di scaricare il calore in eccesso…e per spargere calore, ci deve essere un modo per bypassare lo strato di grasso. Quindi, mentre il cappotto di grasso fornisce un ottimo isolamento per la maggior parte del corpo delle balene, ci sono alcune aree chiamate finestre termiche che mancano di grasso e non sono ben isolate. Queste aree includono pinne, pinne dorsali e le loro trematodi, ciascuna relativamente sottile e altamente vascolarizzata. Non siamo ancora del tutto sicuri di quali siano tutti gli scopi della pinna dorsale perché alcune balene mancano del tutto—ma crediamo che queste finestre termiche a volte funzionino come un modo per le balene di spargere calore in eccesso.
Mentre le finestre termiche sono grandi opportunità per le balene a spargere calore in caso di surriscaldamento, non sempre vogliono essere perdendo calore per l’ambiente. Uno dei problemi con queste aree è che il sangue che ritorna da loro è freddo e potrebbe potenzialmente scioccare il cuore. Ciò è impedito da un altro grande adattamento: un sistema chiamato scambio di calore controcorrente. Le arterie e le vene in questi tessuti sono molto vicine tra loro, ma il sangue scorre in direzioni diverse consentendo il trasferimento del calore attraverso le membrane. Quindi il calore nel sangue caldo che sta lasciando il cuore riscalderà il sangue freddo che sta tornando al cuore dalle estremità. Ciò significa che il cuore viene sempre pompato con sangue caldo e diminuisce il calore perso nell’acqua in quelle finestre termiche.
Le balene hanno anche questo scambio di calore controcorrente nella morbida tavolozza delle loro bocche (questo è il rosa nel tetto della mascella superiore). Quando le balene fanoni sono nei loro terreni di alimentazione di acqua fredda, trascorrono almeno la metà del tempo con la bocca aperta, una potenziale grande perdita di calore. Questo sistema aiuta a garantire che non stiano perdendo troppo calore nel loro ambiente e mantiene il sangue caldo che ritorna al cervello e al cuore. Chiaramente è necessaria molta regolazione per mantenere questo complicato processo, che rende le balene estremamente uniche nel regolare la loro temperatura corporea.
