Защо краката на антарктическите пингвини не замръзват
За да се справят с това предизвикателство, пингвините се възползват от два механизма, които им помагат. Първо, те имат способността да контролират притока на кръв, който достига краката, като променят диаметъра на кръвоносните съдове. Когато температурите са ниски, притокът на кръв е нисък, а когато те се увеличат, притокът на кръв също се увеличава. Явлението може да се наблюдава и при хората. По-конкретно, когато е студено, ръцете и краката ни побеляват, защото притока на кръв е намален. С повишаването на температурите кръвта тече и крайниците ни стават розови. Контролирането на това явление е много сложно и включва хипоталамуса и няколко хормонални и нервни системи.
След това пингвините имат и топлообменник в горната част на стъпалото. По този начин артериите, които осигуряват необходимата топла кръв в краката, са разделени на множество малки съдове, които са подравнени с други подобни кръвоносни съдове, но които носят студена кръв от краката. Топлината циркулира от топлата кръв към студа и по този начин краката също получават малко топлина.
През зимата подметките на пингвини са само на градус или две над нулата. По този начин те избягват измръзване и не губят твърде много топлина.
Част от отговора на този въпрос има много интересно биохимично обяснение.
Връзката между кислорода и хемоглобина обикновено е силна екзотермична реакция: количеството топлина (DH) се отделя, когато молекулата на хемоглобина се прикрепи към кислорода. Обикновено същото количество топлина се абсорбира в обратната реакция, когато кислородът се освобождава от хемоглобина. Тъй като обаче оксигенацията и деоксигенирането се извършват в различни части на тялото, промените в молекулярната среда (като киселинността) могат да доведат до загуба или натрупване на топлина по време на процеса.
Стойността на нивото на топлина варира при различните видове. В случая на антарктически пингвини нещата стоят така, че в периферните тъкани, като ходилото, DH има много по-ниска стойност, отколкото при хората. Това дава на пингвините две предимства. Първо, хемоглобинът на птиците поглъща по-малко топлина при деоксигениране, така че краката са по-малко склонни да замръзнат.
Второто предимство е следствие от законите на термодинамиката. Във всяка обратима реакция, включително абсорбцията и освобождаването на кислород от хемоглобина, ниските температури насърчават реакцията в екзотермична посока и обезсърчават реакцията в обратна посока. Следователно при ниски температури кислородът се абсорбира по-добре от хемоглобина и се отделя по-лесно. Умереното ниво на топлина означава, че афинитетът на хемоглобина към кислорода в студената тъкан не е толкова висок, че да предотврати последващото му отделяне.