för att följa upp vår valanpassningsserie kommer detta blogginlägg att fokusera på hur valar, som varmblodiga däggdjur, kan hålla sig varma medan de lever i vatten-särskilt kallvattenmiljöer. Precis som oss är valar däggdjur och upprätthåller en stadig inre kroppstemperatur oavsett miljö. Faktum är att deras kroppstemperatur ligger nära vår egen—varierar från ca 97 till 100 grader. Vatten leder emellertid värme bort från kroppen 24.5 gånger snabbare än luft, vilket gör värmeförlust en stor Fråga för alla däggdjur som spenderar tid i vattnet. Detta är anledningen till att vi känner kallare i vatten, och varför vi kan tolerera kallare lufttemperaturer än vi kan vattentemperaturer.
för att minska värmeförlusten har valar tre huvudanpassningar: att minska kroppens ytarea till volymförhållande, använda sitt tjocka blubberlager som isolator och behålla värme genom motströmsvärmeutbyte.
det är viktigt för valar att ha en låg yta i förhållande till deras totala kroppsvolym. Jag tror att bilder kan hjälpa till att förklara detta bättre:
det är uppenbart att möss och elefanter har mycket olika kroppsstorlekar och mycket olika kroppsvolymer—mängden utrymme som upptas av deras kroppsmaterial. Men vad jag skulle vilja illustrera är att i förhållande till deras storlek har musen en mycket högre yta där värme kan gå förlorad för den yttre miljön. Om båda dessa djur utsattes för kallt väder skulle båda så småningom förlora värme till miljön. Musen skulle emellertid förlora värmen mycket snabbare eftersom en större andel av dess totala kroppsvolym utsätts för ytan. För att bevara värmen är det mer fördelaktigt att ha en större volym jämfört med din kroppsyta, så det finns färre möjligheter till värmeförlust. Detta hjälper till att förklara varför marina däggdjur tenderar att vara så stora, eftersom det är fördelaktigt för dem att ha den minsta relativa ytan i kontakt med vattnet. Och det är lättare för valar att uppnå stora storlekar eftersom de inte behöver hantera de fulla effekterna av tyngdkraften som landdäggdjur.
det andra huvudsakliga sättet att valar håller sig varma är blubber. Även om päls är en bra isolator för markdäggdjur, skulle det inte vara lika framgångsrikt för valar av ett par skäl. Fur fungerar som en isolator eftersom det fångar ett isolerande skikt av luft: dock, atmosfärstrycket under ytvattnet orsakar luften att komprimera och förlorar sin isolerande effekt. Därför har valar inte en skyddande päls som många landdäggdjur eller sälar och isbjörnar, och förlitar sig istället på sin tjocka späck för att isolera sina kroppar i kallt vatten. Denna späck möjliggör en mycket slät yttre yta, vilket också minskar hydrodynamiskt drag. Ett annat sätt att valar minskar både värmeförlust och drag är att internalisera sina könsorgan, istället för att det är externt som de flesta landlevande däggdjur.
det tjocka blubberskiktet håller inte bara värmen på insidan av kroppen, men det yttersta hudskiktet kyls till samma temperatur i det omgivande vattnet för att ytterligare minska värmeförlusten via ledning. Tjockleken på blubber coat varierar mellan arter och tid på året: till exempel, knölvalar har i allmänhet späck lager runt 6 inches tjock, medan efter deras utfodring säsongen rätt valar kan ha en späck lager upp till 50cm tjock! Tjockare späck lager gör också vissa arter mer flytande. Faktum är att det var där namnet ”right whale” kom ifrån; de är så flytande att de till och med flyter när de är döda och under valfångstdagarna ansågs vara den ”rätta” valen att döda. En av biverkningarna av att vara flytande är att dessa valar vanligtvis kommer att höja sina flukes ur vattnet oftare när de dyker eftersom de behöver extra hjälp för att driva sig ner i vattenspelaren. Mer strömlinjeformade valar, som finbacks eller minkes, har späck lager bara flera inches tjock och sällan behöver fluke upp när dykning.
men det här är bara en sida av historien, vad händer om valar överhettas eftersom de simmar snabbt, är ytaktiva, är gravida eller är i varmare vatten. Valar har inte talgkörtlar och kan inte svettas som vi kan för att svalna, så de behöver en annan strategi för att kunna dumpa överflödig värme…och för att kasta värme måste det finnas ett sätt att kringgå blubberskiktet. Så medan blubber coat ger stor isolering för de flesta av valarnas kropp, finns det vissa områden som kallas termiska fönster som saknar blubber och inte är välisolerade. Dessa områden inkluderar flippers, dorsala fenor och deras flukes, var och en relativt tunn och mycket vaskulär. Vi är fortfarande inte helt säkra på vad alla syften med ryggfenan är för att vissa valar saknar det helt—men vi tror att dessa termiska fönster ibland fungerar som ett sätt för valar att kasta överskottsvärme.
medan de termiska fönstren är stora möjligheter för valarna att kasta värme om de överhettas, vill de inte alltid förlora värme till miljön. Ett av problemen med dessa områden är att blodet som återvänder från dem är kallt och kan eventuellt kyla chocka hjärtat. Detta förhindras av en annan stor anpassning—ett system som kallas motströmsvärmeutbyte. Artärerna och venerna i dessa vävnader är mycket nära varandra men blodet flyter i olika riktningar så att värmen kan överföras över membran. Så värmen i varmt blod som lämnar hjärtat kommer att värma upp det kalla blodet som leds tillbaka till hjärtat från extremiteterna. Detta innebär att hjärtat alltid pumpas med varmt blod och det minskar värmen som förloras till vattnet i de termiska fönstren.
valar har också denna motströmsvärmeutbyte i den mjuka paletten i munnen (det är den rosa i taket på överkäken). När baleenvalar är i sina kalla vattenfoder, spenderar de minst hälften av tiden med munnen öppen, en potentiell stor värmeförlust. Detta system hjälper till att säkerställa att de inte förlorar för mycket värme till sin miljö och upprätthåller varmt blod som återvänder till hjärnan och hjärtat. Det är uppenbart att mycket reglering krävs för att upprätthålla denna komplicerade process, vilket gör valar extremt unika för att reglera sin kroppstemperatur.
