Почему у уток не замерзают лапы: природная инженерия

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Зима. Пруд скован толстым слоем льда, и лишь небольшая полынья остаётся открытой. На её краю, посреди ледяной крошки, спокойно плавают утки. Если человек окажется в такой воде на минуту, он получит серьёзное обморожение, а этим птицам, кажется, совершенно не холодно. Как пернатым удаётся так легко выживать в суровых условиях?

Секрет кроется не в какой-то «волшебной стойкости», а в гениальном инженерном решении, которое природа подарила им миллионы лет назад — в их лапах.

Автор: Rolf Schmidbauer Источник: unsplash.com

Секрет в лапах

Утиные лапы, на первый взгляд, совершенно беззащитны перед холодом. В них почти нет жировых клеток, изолирующих от мороза, и очень мало мышц, которые могли бы генерировать тепло. Однако именно это отсутствие жира и мышц является частью хитроумного плана природы. Лапа почти полностью состоит из кожи, сухожилий и костей — плотных, прочных тканей, которые сами по себе не нуждаются в большом количестве тепла и кислорода, что делает их идеальными «термостойкими» конечностями.

Вся магия происходит благодаря сложной и очень эффективной системе кровообращения, которую учёные называют противоточным теплообменом.

Противоточный теплообмен: как это работает

Чтобы понять этот принцип, представь две трубы, расположенные вплотную друг к другу. По одной течёт горячая жидкость, по другой — холодная. Если пустить их параллельно в одном направлении, то тепло будет постепенно передаваться, и температура в обеих трубах выровняется.

Но уток кровь движется в противоположных направлениях, создавая так называемый противоток. В их лапах артерии, несущие тёплую кровь от сердца, тесно оплетены венами, по которым охлаждённая кровь возвращается обратно.

Когда кровь из тёплого тела движется вниз, она постоянно обменивается теплом с холодной кровью, поднимающейся вверх. В результате, пока кровь доходит до кончиков лап, она уже остывает почти до температуры воды, минимизируя теплопотери. В то же время, кровь, возвращающаяся к сердцу, успевает подогреться, прежде чем попасть в тело. Эта уникальная кровеносная система позволяет температуре лап водоплавающих птиц опускаться до 2-5 градусов Цельсия, при том что температура тела самой утки составляет около 40 градусов!

Это невероятно эффективный механизм, который позволяет уткам почти не терять энергию на обогрев конечностей даже в самый лютый мороз.

Автор: Chris Источник: unsplash.com

Дополнительные защитные механизмы

Утиные лапы — не единственная линия обороны против холода. Природа дала им несколько дополнительных инструментов для выживания.

Во-первых, утки умеют сознательно регулировать приток крови к лапам. В сильный мороз они могут активно сужать кровеносные сосуды. Такой процесс приводит к тому, что лапы остывают почти до температуры воды, но остаются незамерзающими благодаря небольшой циркуляции крови. Таким образом, они жертвуют теплом лап ради сохранения тепла всего тела.

Кроме того, именно благодаря низкой температуре лап утки не примерзают ко льду. Они могут свободно ходить и стоять на ледяной поверхности, поскольку их лапы не выделяют достаточно тепла, чтобы растопить лёд, а затем примерзнуть.

Во-вторых, их тело надёжно защищено. Утки постоянно чистят перья, нанося на них водоотталкивающий жир из копчиковой железы. Этот жир делает оперение водонепроницаемым, не давая ледяной воде промокнуть до кожи. Под верхним слоем перьев находится плотный и лёгкий пух, который действует как лучший в мире утеплитель, создавая воздушную подушку и надёжно удерживая тепло.

Автор: Andrew D Источник: unsplash.com

Инженерная подсказка от природы

Изучая северных животных и птиц, среди которых были и утки, инженеры были настолько впечатлены их способностью к терморегуляции, что изучили этот принцип и применили его в своих технологиях. Противоточный теплообменник теперь используется повсеместно:

  • В промышленности: В системах охлаждения и нагрева, где важно максимально эффективно передать тепло от одной жидкости к другой, например, на электростанциях и химических заводах.
  • В медицине: В аппаратах для диализа, где кровь очищается и возвращается в тело пациента с минимальной потерей тепла.
  • В космосе: Принцип противотока используется в системах охлаждения скафандров и космических кораблей, чтобы отводить излишки тепла.

Получается, утки — настоящие живые инженерные решения самой природы: они не носят сапог, но в их лапах работает высокоэффективная «система рекуперации тепла», принцип работы которой человек изучил и применил в своих технологиях.

Изображение в превью:
Автор: Juan Encalada
Источник: unsplash.com

2 комментария

A
Большое спасибо за интересную статью!!!
dimon-ru-80
Большое спасибо за интересную статью!!!

Не за что, рад что вам понравилась статья.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Гидравлический штатив на глубине 4 000 м: как ходульный бентозавр обманывает физику придонного слоя

Глубоководный аппарат, опустившийся на абиссальную равнину Тихого океана на отметку 4 200 м, фиксирует внешнее статическое давление в 42 МПа. При таком сжатии любая тонкостенная жесткая опора...

2,3 миллиарда лет назад Земля едва не потеряла весь кислород: ученые выяснили, как планета сохранила обитаемость

Около двух с половиной миллиардов лет назад состав атмосферы Земли начал необратимо меняться. В воздухе впервые появился свободный кислород — газ, без которого невозможно существование...

Эйнштейн оказался квантовым: физики вывели уравнения гравитации из квантовой информации

Современная фундаментальная физика держится на двух теориях, которые до сих пор не удается свести к единому знаменателю.Первая — общая теория относительности. Она описывает...

Как на самом деле погибнет Солнечная система: новое исследование опровергло вечную стабильность орбит

Вопрос о том, способна ли планетная система существовать вечно, определил само зарождение теоретической астрономии. Размышляя о законе всемирного тяготения и наблюдая за орбитами Юпитера и...

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...