De ce nu le îngheaţă picioarele pinguinilor din Antarctica?
Pentru a face faţă acestei provocări, pinguinii beneficiază de două mecanisme care îi ajută. Mai întâi, ei au capacitatea de a controla fluxul sanguin care ajunge în picioare prin schimbarea diametrului vaselor de sânge. Când temperaturile sunt scăzute, fluxul sanguin este scăzut, iar când ele cresc, creşte şi fluxul sanguin. Fenomenul se poate observa şi în cazul oamenilor. Mai exact, atunci când este frig, mâinile şi picioarele noastre devin albe pentru că fluxul sanguin este redus. Când temperaturile cresc, creşte şi fluxul sanguin, iar membrele noaste capătă o nuanţă rozulie. Controlarea acestui fenomen este foarte sofisticată şi presupune implicarea hipotalamusului şi a mai multor sisteme hormonale şi nervoase.
Apoi, pinguinii au şi un schimbător de căldură în parte superioară a piciorului. Astfel, arterele care asigură necesarul de sânge cald în labele picioarelor se împart într-o multitudine de vase mici care sunt aliniate cu alte vase de sânge similare dar care transportă sângele rece din labele picioarelor. Căldura circulă din sângele cald în cel rece şi astfel, labele picioarelor primesc şi ele un pic de căldură.
Iarna, tălpile pinguinilor au o temperatură doar cu un grad sau două peste limita de îngheţ. În acest fel, ei evită degerăturile şi nu pierd nici prea multă căldură.
O parte din răspunsul la această întrebare are o explicaţie biochimică foarte interesantă.
Legătura dintre oxigen şi hemoglobină este, de obicei, o reacţie exotermică puternică: o cantitate de căldură (DH) este eliberată atunci când molecula de hemoglobină se ataşează de oxigen. De obicei, aceeaşi cantitate de căldură este absorbită în reacţia inversă, atunci când oxigenul se eliberează de hemoglobină. Cu toate acestea, pe măsură ce, în diferite părţi din organism, are loc oxigenarea şi dezoxigenarea, schimbările care apar în mediul molecular (ca de exemplu aciditatea) pot duce la pierderea sau acumularea căldurii în timpul procesului.
Valoarea nivelului de căldură variază de la o specie la asta. În cazul pinguinilor din Antarctica, lucrurile sunt de aşa natură ca în ţesuturile periferice, precum cel de la nivelul labei piciorului, DH să aibă o valoare mult mai mică decât în cazul oamenilor. Acest lucru le aduce pinguinilor două avantaje. Mai întâi, hemoglobina păsărilor absoarbe mai puţină căldură atunci când este dezoxigenată, aşa că picioarele au mai puţine şanse de a îngheţa.
Al doilea avantaj este o consecinţă ale legilor termodinamicii. În orice reacţie reversibilă, inclusiv în absorbţia şi eliberarea oxigenului de hemoglobină, temperaturile scăzute încurajează reacţia din direcţia exotermică şi o descurajează pe cea din direcţia opusă. Aşadar, la temperaturi scăzute, oxigenul este absorbit mai bine de hemoglobină şi eliberat mai uşor. Un nivel de căldură modest înseamnă că în ţesutul rece afinitatea hemoglobinei pentru oxigen nu ajunge atât de mare încât să nu permită eliberarea lui ulterioară.