Противоточный обмен, почему у животных не мерзнут лапы?

Вы когда-нибудь смотрели на утку, плавающую в ледяной воде, и задавались вопросом, как они это делают без ботинок? Или вы когда-нибудь смотрели на белку, сидящую в снегу, спокойно поедающую семечки. И удивлялись, почему она не мчится к ближайшей батарее?

У всех животных есть уникальные приспособления для борьбы с холодом. Начиная от запасов жира и заканчивая ростом дополнительных перьев и меха с двойным покрытием. Но у некоторых животных развилось нечто, называемое “противоточным обменом”.

Это черта, которую животные, обитающие в экстремальных условиях, использовали для борьбы с жарой и холодом. Особенно в снегу, льду, холодной воде и даже в тропических лесах.

Туловище животного является центром его тела, и у него есть множество способов сохранять тепло и прохладу. Однако у них есть уникальная проблема. Их ноги находятся далеко от основного туловища. Кровь должна добраться туда, а их конечности часто не такие пушистые или толстые, как основное тело.

Что должно делать животное, чтобы его конечности были в тепле зимой и в прохладе летом, а пальцы ног не отваливались? Было бы проще, если бы они могли просто включать и выключать конечности, но они не могут.

Ответ заключается в том, чтобы эффективно согревать и охлаждать эти конечности. Поддерживая минимальную или максимальную температуру для выживания тканей. Для этого многие животные используют противоточный обмен.

Что такое противоточный обмен?

Противоточный обмен – это способ, с помощью которого жидкости в организме могут изменять свои свойства. Помните, что жидкость может быть жидкой или газообразной.

Противоточный обмен может использоваться для передачи тепла, жидкостей, питательных веществ или кислорода.

Происходит через полупроницаемые мембраны (стенки пропускают содержимое) вен и артерий.

Жидкости, протекающие по венам и артериям, должны находиться в непосредственной близости и двигаться в противоположных направлениях. Представьте себе параллельные гоночные трассы или два пролета моста с движением транспорта в разных направлениях. Чтобы произошел противоточный обмен.

Существует градиент “вещества”, идущего в разных направлениях (теплая кровь против холодной крови, теплый воздух против холодного воздуха, кровь с низким содержанием кислорода против крови с высоким содержанием кислорода и т. д.)

Как противоточный обмен делает «обмен»?

Лучший способ понять противоточный обмен – рассмотреть распространенный пример, утиные лапы. Теплая кровь течет от тела утки прямо к их холодным перепончатым лапам. Если бы кровь хлынула прямо в ноги, что бы произошло? Теплая кровь быстро остынет, и утка будет тратить много энергии, чтобы ноги оставались такими же теплыми, как и ее тело.

Кроме того, если бы холодная кровь в ногах шла прямо к сердцу, чтобы согреться и насытиться кислородом, то утка была бы постоянно холодной. Это было бы невероятно неэффективно и могло бы привести к переохлаждению.

Вместо этого существует сложная сеть вен, протянувшаяся вдоль ног, где теплая кровь, идущая к стопе, встречается с холодной кровью, идущей от стопы. Помните аналогию с мостом?

Теплая кровь нагревает возвращающуюся более холодную кровь, а более холодная кровь охлаждает более теплую кровь, выходящую наружу. Тот самый “градиент”, о котором упоминали ранее.

Лапы постоянно холодные, но достаточно теплые, чтобы ткани оставались живыми. Кровь, возвращающаяся в тело, постепенно нагревается по мере движения от ног к сердцу утки.

Какие животные используют противоточный обмен?

Обычно следует думать о противоточном обмене зимой. Но он есть не только у уток и водоплавающих птиц. Вот некоторые примеры:

Жабры рыб обменивают кислород из среды с высоким содержанием кислорода в воде вокруг них на среду с низким содержанием кислорода в их кровотоке.

Песцы и волки используют противоток для обогрева и охлаждения ног, чтобы не замерзнуть во льдах и снегу.
Зайцы – используют этот обмен в ушах, чтобы охладить свое тело.

Кенгуровые крысы сталкиваются с обезвоживанием в пустыне и не хотят терять влагу, выдыхая влажный воздух из легких. Поэтому они используют противоточный обмен для вдыхания сухого воздуха. Который охлаждается и увлажняется на пути к легким. А старый воздух нагревается и из него забирается влага на выходе из носа.

Бобры, ондатры и выдры – используют противоток в конечностях при плавании.

Морские млекопитающие – киты, тюлени и морские львы используют противоток для обогрева и охлаждения своих конечностей. В воде и на суше (в зависимости от существа).

Ламантины – используют противоточный нагрев и охлаждение в своем хвосте. Чтобы поддерживать температуру тела в своем толстом и медленно движущемся теле.

В животном мире есть еще много примеров. Это лишь верхушка айсберга, начиная от почек человека и заканчивая мозгом газели. Противоточный обмен является эффективным способом нагрева и охлаждения жидкостей в организме и вне его. Люди могут делать это в некоторой степени, но не так хорошо, как их позвоночные собратья по всему миру.

В следующий раз, когда вы увидите утку в ледяном озере, не хватайтесь за теплые вещи. И если вы видите белку, сидящую ногами в снегу, не беспокойтесь о беличьей грелке для ног. С ними все в порядке. Подумайте, какой удивительный адаптационный механизм. И какой удивительной может быть природа, если вы посмотрите на нее поближе.