چرا پنگوئن‌های امپراتور در سرمای منفی ۵۰ درجه یخ نمی‌زنند؟ 6

زمستان جنوبی که از راه می‌رسد، خورشید در بخش‌هایی از قطب جنوب هفته‌ها زیر افق می‌ماند. دما تا منفی ۵۰ درجه‌ی سانتی‌گراد پایین می‌رود و بادهای سهمگین برف را به‌صورت هر موجود زنده‌ای می‌کوبند. درست در دل همین تاریکی،

شگفت‌انگیزتر اینکه پنگوئن‌ها هر سال برای تولیدمثل به همین سرزمین یخ‌زده بازمی‌گردند و درست زمانی که شرایط آب‌وهوایی به سخت‌ترین وضعیت خود نزدیک می‌شود، زندگی نسل بعد را آغاز می‌کنند.

 چه چیزی از پاهای بدون پرش روی یخ محافظت می‌کند؟ بیایید زنجیره سازگاری‌های تکاملی این پرنده را کمی دقیق‌تر بررسی کنیم، از پرهایی با ساختار حساب‌شده تا رگ‌هایی که مثل مبدل حرارتی کار می‌کنند، یا بینی‌ای که گرمای نفس را پس می‌گیرد و رفتاری جمعی که هزاران پرنده را به پناهگاهی زنده تبدیل می‌کند.

1. آیتم یک
2. آیتم دو 
3. آیتم سه

پدری روی لبه‌ی یخ: مراقب

ت از تخم در طولانی‌ترین ماه‌های سال داستان از پاییز نیمکره‌ی جنوبی شروع می‌شود. پنگوئن‌های امپراتور از اقیانوس بیرون می‌آیند و گاهی ده‌ها کیلومتر روی یخ دریایی پیاده‌روی می‌کنند تا به محل کلونی برسند. پس از جفت‌گیری، ماده فقط یک تخم می‌گذارد و حساس‌ترین لحظه‌ی فصل فرامی‌رسد.

<div>
    <h1>
</div>  

پنگوئن‌های امپراتور (Emperor Penguins) روی

 سطح یخ در محیط قطبی Fabrice BEAUCHENE /Britannica تخم باید از پای مادر به پای پدر برسد. سطح یخ گرمای تخم را به‌سرعت می‌مکد و کمی بی‌دقتی به قیمت جان جنین تمام می‌شود. والدین با حرکاتی آرام و هماهنگ، تخم را جابه‌جا می‌کنند. نر آن را روی بخش بالایی پاهایش می‌گذارد و چین ضخیمی از پوست شکم را مثل پتو رویش می‌کشد. حالا تخم میان پاها و بدن پدر، در پناهی گرم، از یخ و باد در امان می‌ماند.

 

پنگوئن نر و ماده به‌آرامی تخم را با یکدیگر ردوبدل می‌کنند

پنگوئن ماده بی‌درنگ راهی دریا می‌شود تا انرژی‌ای را که صرف ساختن تخم کرده، دوباره ذخیره کند. نر می‌ماند و زمستانی که تازه به اوج سختی‌اش نزدیک می‌شود. جوجه‌کشی حدود ۶۵ تا ۷۵ روز طول می‌کشد. در تمام این مدت، پدر باید دمای مرکزی بدنش را حدود ۳۷ تا ۳۸ درجه نگه دارد، درحالی‌که هوای اط

راف ده‌ها درجه زیر صفر قرار دارد.

چرا این‌همه سختی، آن هم در زمستان؟ چرخه‌ی تولیدمثل پنگوئن امپراتور تقریباً ۹ ماه طول می‌کشد و زمان‌بندی‌اش به آینده‌ی جوجه‌ها مربوط می‌شود. آغاز این چرخه در پاییز و جوجه‌کشی در زمستان، به جوجه‌ها فرصت می‌دهد در بهار و اوایل تابستان جنوبی رشد کنند، پرهای مناسب شنا دربیاورند و حدود دسامبر، درست وقتی غذای بیشتری در دریا پیدا می‌شود، زندگی مستقلشان را آغاز کنند.

شرط موفقیت این نقشه، دوام یخ دریایی تا پایان رشد جوجه‌هاست، اما پیش از همه‌ی ماجراها، پدر باید از سخت‌ترین فصل زندگی‌اش جان سالم به در ببرد.

چگونه پرها و چربی، سدی در برابر سرمای استخوان‌سوز می‌سازند
اگر دستتان را روی یک سطح فلزی سرد بگذارید، گرمای پوستتان به‌سرعت به فلز منتقل می‌شود. بدن تمام جانوران خون‌گرم هم دائماً با محیط اطراف تبادل گرما دارد. هرچه اختلاف دمای بدن و محیط بیشتر باشد، حفظ گرمای بدن دشوارتر می‌شود.

پنگوئن امپراتور با سوزاندن ذخایر چربی، گرما می‌سازد و با پوششی سه‌لایه، جلوی فرارش را می‌گیرد. لایه‌ی بیرونی را پرهایی کوتاه و متراکم می‌سازند که مثل سفال‌های یک بام روی‌هم چیده شده‌اند. زیر آن‌ها، ساختارهای ظریف‌تری برای دیدن بخش مجله خبری کلیک کنید. لایه‌ای از هوای ساکن را نزدیک پوست به دام می‌اندازند.

بافت متراکم پرهای پنگوئن امپراتور (Emperor Penguin) برای حفظ دمای بدن
critterfacts
هوای ساکن، عایقی فوق‌العاده به شمار می‌رود؛ همان اصلی که پنجره‌های دوجداره را گرم نگه می‌دارد. زیر پوشش پرها هم لایه‌ی چربی زیرپوستی قرار دارد که ضخامتش با وضعیت تغذیه‌ی پرنده کم‌وزیاد می‌شود. 

تصویربرداری حرارتی از پنگوئن‌ها نشان می‌دهد بیشتر افت دما در همین چند سانتی‌متر عایق رخ می‌دهد، اندام‌های درونی گرم می‌مانند، اما سطح بیرونی پرها گاهی چند درجه از هوای اطراف هم سردتر می‌شود. پژوهشگرانی که این تصاویر را در سال ۲۰۱۳ منتشر کردند، احتمال دادند پرنده در چنین وضعی حتی اندکی گرما از هوای اطراف جذب کند.

هوای ساکنِ به‌دام‌افتاده میان پرهای متراکم، بدن پنگوئن را عایق می‌کند

درواقع گرمای بدن پنگوئن پیش از رسیدن به سطح پرها، در دام عایق می‌ماند. اندازه و شکل بدن پنگوئن امپراتور نیز به حفظ گرما کمک می‌کند در مقایسه با جانوران کوچک‌تر با شکل مشابه، بدن درشت و فشرده‌ی پنگوئن امپراتور نسبت به حجمش سطح کمی دارد و گرما دقیقاً از همین سطح فرار می‌کند. باله‌ها و منقار نسبتاً کوچک هم سطح اندام‌های در معرض سرما را محدود نگه می‌دارند.
شسیب شسیبشیب ب
البته کتی که پنگوئن‌ به تن دارد، نگهداری می‌خواهد. پنگوئن‌ها زمان زیادی را صرف تمیز و مرتب‌کردن پرهایشان با منقار می‌کنند و ترشحات غده‌ی پیش‌دمی را رویشان می‌مالند. هر پری که از جای خودش بیرون بزند، روزنه‌ای برای فرار گرما باز می‌کند.

اما پاها و منقار از این کت گرم بی‌نصیب مانده‌اند. پس پنگوئن چطور ساعت‌ها روی یخ می‌ایستد؟

راز پاهایی که عمداً سرد می‌مانند
شاید عجیب‌ترین بخش بدن پنگوئن امپراتور پاهایش باشد؛ پاهایی بی‌پر که هفته‌ها روی یخ می‌مانند و سالم بیرون می‌آیند. برای درک ماجرا باید مسیر خون را دنبال کنیم.

پا‌های پنگوئن امپراتور (Emperor Penguin) روی برف در محیط قطبی
Eddie Gault
خون گرم از مرکز بدن به‌سوی پاها راه می‌افتد. اگر با همان دمای بالا به انگشتان برسد، بخش بزرگی از گرمایش را به یخ می‌بازد. بدن پنگوئن با آرایش ویژه رگ‌های خونی، بخش زیادی از این اتلاف را کاهش می‌دهد. سرخرگ‌هایی که خون گرم را پایین می‌برند، تنگاتنگ سیاهرگ‌هایی قرار دارند که خون سرد را بالا می‌آورند.

دو لوله‌ی آب را تصور کنید که کنار هم کشیده شده‌اند؛ در یکی آب داغ روبه‌پایین می‌رود و در دیگری آب سرد روبه‌بالا. در طول مسیر، آب داغ گرمایش را به آب سرد می‌دهد و وقتی به انتها می‌رسد خنک شده، همان‌طور که آب سرد هم پیش از رسیدن به مبدأ گرم می‌شود. در بدن پنگوئن هم اتفاق مشابهی می‌افتد.

زیست‌شناسان به این سازوکار «تبادل گرمای خلاف‌جهت» می‌گویند، یعنی بدن پرنده گرمایی را که قرار بود از راه پاها هدر برود، پیش از اینکه خون به انگشتان برسد، پس می‌گیرد، به همین دلیل بخش‌های انتهایی پا بسیار سردتر از مرکز بدن باقی می‌مانند.

پاهای پنگوئن برخلاف تصور، عمداً سرد نگه داشته می‌شوند تا گرمای حیاتی بدن هدر نرود

پژوهشگران دمای بخش‌های بالاتر پای پنگوئن را چند درجه بالاتر از صفر گزارش کردند، درحالی‌که سطح بیرونی انگشتان و پرده‌ی میانشان حتی می‌تواند به زیر صفر درجه هم برسد. بااین‌حال، بافت‌های درونی همچنان خون‌رسانی می‌شوند. پنگوئن با تنظیم دقیق جریان خون، میان صرفه‌جویی در گرما و سلامت بافت‌ها تعادل برقرار می‌کند.

پنگوئن امپراتور ترفندی رفتاری هم در آستین دارد. هنگام استراحت، وزنش را روی پاشنه‌ها و دم سفتش می‌اندازد و انگشتان را از یخ بلند می‌کند؛ مثل کسی که روی سه‌پایه نشسته باشد. جالب اینکه بینی پنگوئن هم با همین منطق کار می‌کند.

هوای بازدم، گرم و مرطوب از شش‌ها بیرون می‌آید و اگر مستقیم خارج شود، گرما و آب بدن را با خود می‌برد. اما مجاری بینی پنگوئن سردترند. هوای گرم هنگام عبور، گرمایش را به دیواره‌ها می‌دهد و بخشی از بخار آبش همان‌جا میعان می‌شود.

در دم بعدی، دیواره‌های گرم‌شده هوای سرد ورودی را پیش‌گرم می‌کنند. شاید صرفه‌جویی هر نفس پنگوئن ناچیز به نظر برسد، اما در ماه‌های گرسنگی، هر کالری ارزشمند می‌شود. باوجود تمام این سازگاری‌ها، یک پنگوئن تنها در برابر توفان‌های زمستانی همچنان آسیب‌پذیر می‌ماند. اینجا یکی از تماشایی‌ترین رفتارهای اجتماعی جانوران آغاز می‌شود.