03.07 南极最低可达-100℃,企鹅的脚为什么不会被冻伤?

琅琊王势


南极最低温度低达零下93.2摄氏度,有极个别低达零下100摄氏度的地方,但企鹅一般生活在南极洲沿海和岛屿上,不会达到零下100摄氏度。 南极的冬天温度可以从大陆内部的零下70摄氏度到沿海的零下20摄氏度不等。

为了保暖,企鹅依靠身体皮肤下的脂肪绝缘层保暖。它们蹼足的底部经常接触冰雪,然而,令人惊讶的是,企鹅的脚仍然没有冻伤。 企鹅们保持脚不冻伤的秘密与对寒冷的解剖学和生理学适应的结合有关。在解剖学上,它们的脚和小腿主要由肌腱、骨头和厚厚的一层皮肤组成。控制脚运动的肌肉位于腿的高处,羽毛附着在温暖脂肪下面的骨头上。

这种温暖对于肌肉在寒冷中活动和移动双脚至关重要。在极其寒冷的条件下,企鹅可能会用脚跟站立,用尾巴来保持平衡,这样它们就可以把脚趾蜷曲在冰冻的地面上。 寒冷的南极和亚南极的企鹅也有羽状腿,在保存热量方面发挥了重要作用。事实上,黑脚企鹅和洪堡企鹅,它们生活在温暖的地区(分别是非洲的西南海岸和南美洲),有着无毛的腿。

此外企鹅脚上的血管能促进逆流热交换。向足部输送温暖血液的动脉与从足部输送凉血的静脉并行。动脉中血液的一些热量被传递到静脉中的血液。因此,流向心脏的凉血变暖,这对保持核心体温很重要。流向脚的温暖血液被冷却,这有助于企鹅将脚保持在略高于冰点的温度。这种策略最大限度地减少了保持脚部温暖同时防止冻伤所需的能量。

其他鸟类也同样掌握了通过腿部逆流循环和其他独特的适应来保持体温和防止冻伤的艺术。例如海鸥和鸭,可以站在冰冷的水中,对核心体温或脚没有影响。松鸡类这种常年居住在北极的动物,它的羽毛完全覆盖了它的腿和脚趾。雷鸟独特的脚趾羽毛被认为能提供一些温暖,但更重要的是,它们能提供雪鞋作用,防止在觅食时陷入深雪中。


军机处留级大学士


题主你好,我以前也有过类似的疑惑,很高兴能与你沟通这个问题。

 

北极熊、企鹅等极寒地区的生物确实有独特的对付低温的方法。企鹅的体表有厚厚的绒毛和身体脂肪组织来抵御严寒,但是光秃秃的脚掌是为啥没有冻伤呢,这主要是由于它们有独特的血液循环系统导致的。

 

我们都知道热传递是由于温度差引起的,而空气是较好的隔热介质,比如我们日常用的热水壶的隔热层是真空层,真空的隔热效果比空气还要好。为了防止热量的散失,企鹅的绒毛进化成了中空的结构,所以它们的身体可以抵御严寒。脚掌部位没有绒毛保护,它们的血管与一般动物的血管有不同之处。

 

一般血液循环系统有静脉血管和动脉血管,动脉血管负责把富含氧气的血液送给身体,氧气消耗后,把富含二氧化碳的血液通过静脉血管还回去,二者是回路但是是分开的。而企鹅的血管系统比较特殊,它们的静脉、动脉血管在脚掌的上部有缠结,这就导致了温暖的动脉血液流到脚部前,会先把一部分热量传递给静脉血管,这样流到脚底的血液温度就降低了,同时流回心脏的血液温度也不会太低。这样的结构使脚掌与地面的温差减小了,脚部散失的热量变少,有利于脚掌保暖。

 

 

 

希望能够带给你一点点有用的信息:)



Chemlover


南极是地球上最寒冷的地方, 生 活在这里的企鹅全身长满了有密有厚的羽毛,羽毛的尖端是弯弯的,象房顶上的瓦片一样一层压一层,连水都透不进去。

在着层羽毛下面还生有密密的绒毛,象 是质量最好的羊毛衫。有了这么好的羽毛,企鹅就象穿了厚厚的羽绒大衣,又防水保温,不怕寒冷。 同时,企鹅的身上又有厚厚的脂肪,也能起到保温的作用。

企鹅历经数千万年冰雪风暴的洗礼,企鹅为了御寒,身上有3层重叠的羽毛,密接的鳞片状,这不仅无法让海水浸透,而寒风更是无法侵袭。不过它们的羽毛多是又硬又短,尾部的羽枝较长,在站着的时候还可以当做支撑用呢! 另外,企鹅的皮下脂肪层也格外肥厚,用以隔绝体外寒冷的低温,有不错的保温效果。



见振奇迹


南极最低气温低到-100℃的地方位于南极大陆中央区域,而企鹅主要生活在南极海岸线上,并不会直接面对-100℃极低气温,顶多零下几十度,不过企鹅的脚丫子确实耐冻。

南极是一片大陆,总面积1400万平方公里,冬季大陆和海洋受热差别很大,陆地可以将更多的热辐射会太空,加上南极大陆的绝大多数陆地处于南极圈之中,而南极大陆平均海拔2350米,所以南极的气温比北极低得多,北极是覆盖在海洋上的冰层,海水的流动可以将更多的热量带来。但说南极气温低其实也分区域,在陆地中心的位置由于南极山脉冰层等影响,会阻挡从海洋来的更温暖一些的气流,所以中心区域更冷,俄罗斯的气象站曾经在南极中央区域测得-89℃左右的气温,而根据气象卫星的分析,南极最低温可以达到-100℃,不过也只是中央区域的一些地方,并不是整个南极大陆。

企鹅是主要生存于南极的物种,漫长的岁月中环境选择使得企鹅很抗冻,但并没有题主说的那么邪乎、能抵抗-100℃的低温,企鹅以鱼类为食物,所以它们生存的地方更多的是接近海洋的陆地区域,由于接近海洋就相对更温暖一些且食物充足,甚至有极少数企鹅生活在赤道几内亚的热带海洋的寒流区域内,生存环境的温度比南极高几十℃。不过多数企鹅确实耐寒。

企鹅的耐寒有多种影响因素,首先是它们的皮毛,企鹅羽毛密实就连水也比较难通透,羽毛可以撑起一层空气,而空气却是很好的隔热材料,我们的羽绒服就是通过羽毛或者棉花保留空气才有那么好的保暖效果;然后是脂肪,企鹅在冬季来临前会疯狂,多余的能量都被储存在脂肪中,脂肪的导热性也比较差,这两种因素可以保证流向企鹅脚底板血液的温暖;这两个因素保证企鹅身体大部分的温暖,而企鹅的脚的血管构造也稍有区别,本身脚底板对缺血的适应性就好一些,腿脚中的动脉血管和静脉血管并排分布,动脉血在经过脚底板给脚底供能供热之后返流的途中又送并行的动脉血管中回收了部分热,使身体的热量不至于过分地损失,而企鹅的肚子也大,往下一蹲皮毛盖着脚,再次保暖。


来看世界呀


首先,它们有着独特的血液循环系统:逆流热交换。"在讲解之前,我先科普一个小知识:热传递,是指由于温度差引起的热能传递现象。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热传递,两个物体温差越大,传递出的总能量就越大。

赤脚站在低温的冰面上脚部的温暖血液的热量会通过热辐射的形式传递出去,脚就会变冷。

为了防止热量的散失企鹅们进化出了独特的生存技巧。

前面说了温差越大传递出的总能量就愈大,那减少脚部与冰面的温差就可以减少热量的损失。

那如何减少温差呢?冰面的温度是固定的,只能通过降低脚部的温度来减少与冰面的温差。那怎么给脚部的血液降温呢?这就得说到逆流热交换了。

具体来说,是指在温暖的动脉血液流到脚部前,温度相对较低的静脉血缠绕在动脉血管上,动脉血热量传递到冰冷的静脉血上,这样流到脚底的血液温度就降低了,流回心脏的血液温度也不会太低。

这样一来,脚和冰面的温差就降低了,脚部散失的热量就变少了自然就不会冻伤了。

其次,它们腿部的肌肉紧缩在毛茸茸的身躯上,只露出脚蹼,保护自己免受寒冷。运动的时候主要依靠强大的肌腱来完成,它们的肌腱很厚,不容易受低温的影响。





唯美印象GZS


企鹅的脚为什么不怕冷

①企鹅同其他生活在寒冷地区的鸟类一样,都已经适应了寒冷的气候,能够尽可能少地散失热量,保持自己身体主要部分温度在40℃左右。但是它们的脚却很难保暖,因为脚上既不长毛,也没有脂肪的防护,而且还有相对较大的面积。

②于是,企鹅通过两种机制来防止脚被冻坏.一种机制,是通过改变向双脚提供血液的动脉血管的直径来调节脚内的血液流量.当寒冷时,减少脚部的血液流量;当比较温暖时,增加血液流量.其实我们人类也有类似的机制,所以我们的手和脚在我们感到冷时会变得苍白;当觉得暖和时,则变得红润.

③此外,企鹅在其双脚的上层还有一种“逆流热交换系统”。向脚提供温暖血液的动脉血管分叉为许多动脉小血管,同时,在脚部变冷的血液又通过与这许多动脉小血管紧挨在一起的数目相同的静脉小血管流回。这样,动脉小血管内温暖血液的热量就传递给了与之紧贴的静脉小血管内的逆流冷血。结果,真正带到脚部的热量其实是很少的。

④在冬季,企鹅脚部的温度仅保持在冰点温度以上1℃~2℃,这样就最大限度地减少了热量散失,同时也防止了脚被冻伤。鸭和鹅的脚也有类似的结构。但是,若把它们圈在温暖的室内饲养,过几个星期再把它们放回冰天雪地里,它们双脚贴地的一面就会被冻坏。

⑤企鹅的脚不会被冻坏之谜,也可以从生物化学的角度来加以说明,而且很有意思

⑥南极企鹅在包括脚在内的外围冷组织中,DH值要比人类小得多。这就带来两个好处。首先,在进行脱氧反应时,企鹅的血红蛋白所吸收的热量大为减少,于是,它的双脚就不容易冻坏。第二个好处来自热力学定律。根据热力学定律,任何一种可逆反应,包括血红蛋白的氧化反应和脱氧反应,较低的温度有利于进行放热反应,而不利于反方向进行的吸热反应。因此,在低温下,大多数物种都是吸收氧的反应进行得比较激烈,而不容易进行释放氧的反应。一个物种所具有的DH值如果相对来说不高不低正合适,那么这就意味着,在冷组织中血红蛋白对氧的亲和力不会变高到使氧无法从血红蛋白脱离出来 ,所以企鹅的脚不怕冻。










连鲲


北极熊、企鹅等极寒地区的生物确实有独特的对付低温的方法。企鹅的体表有厚厚的绒毛和身体脂肪组织来抵御严寒,但是光秃秃的脚掌是为啥没有冻伤呢,这主要是由于它们有独特的血液循环系统导致的。

我们都知道热传递是由于温度差引起的,而空气是较好的隔热介质,比如我们日常用的热水壶的隔热层是真空层,真空的隔热效果比空气还要好。为了防止热量的散失,企鹅的绒毛进化成了中空的结构,所以它们的身体可以抵御严寒。脚掌部位没有绒毛保护,它们的血管与一般动物的血管有不同之处。

一般血液循环系统有静脉血管和动脉血管,动脉血管负责把富含氧气的血液送给身体,氧气消耗后,把富含二氧化碳的血液通过静脉血管还回去,二者是回路但是是分开的。而企鹅的血管系统比较特殊,它们的静脉、动脉血管在脚掌的上部有缠结,这就导致了温暖的动脉血液流到脚部前,会先把一部分热量传递给静脉血管,这样流到脚底的血液温度就降低了,同时流回心脏的血液温度也不会太低。这样的结构使脚掌与地面的温差减小了,脚部散失的热量变少,有利于脚掌保暖。


旅游者小马哥


企鹅的脚为什么不会被冻伤?是因为每种动物都有防御机制和适应环境的独特能力。

长期以来的环境适应能力让企鹅能在南极立足,不然的话,不被冻死也会被饿死。

就像骆驼一样,仙人掌上面那么多刺,骆驼直接就可以吃掉,而且在沙漠没有水,骆驼体内可以储存二十天自身利用的水分。

长期生活在一种地方,环境能改变机制和适应能力。





幸福生活每一天小军


摇摇摆摆的企鹅和圆滚滚的熊猫是我最爱的宠物了,当然都没有机会抱抱,BBC 的纪录片我一点都没少看

企鹅中的大个—帝企鹅,这种企鹅专门在南极最冷的时候在暴风雪中繁衍后代,主要在如何恶劣的气候后所有的猎手都罢工了,跟这个地方说拜拜了,帝企鹅在成长中最大的难关之一就来自于父亲如何在寒冷的环境中保证自己不被冻死的情况下还能把企鹅安全的孵化出来

企鹅作为一个唯一敢在南极慢慢长夜中繁衍的物种,企鹅已经适应了环境,浑身厚厚的脂肪和羽毛可以抵挡寒冷,唯一裸露在外面的脚掌简单来说企鹅有两种方式来保护脚掌

其一是企鹅可以通过改变向双脚提供血液的动脉血管的直径来调节脚内的血液流量。当寒冷时,减少脚部的血液流量;当比较温暖时,增加血液流量,其实我们人类也有类似的机制,所以我们的手和脚在我们感到冷时会变得苍白;当觉得暖和时,则变得红润。这样一种调节机制极其复杂,由脑部的下丘脑控制,需要神经系统和各种激素的参与。

其二是企鹅在其双脚的上层还有一种“逆流热交换系统”。 向脚提供温暖血液的动脉血管分布为许多的小动脉血管,同时,在脚部变冷的血液又通过与这许多动脉小血管紧挨在一起的数目相同的静脉小血管流回。这样,动脉小血管内温暖血液的热量,就传递给了与之紧贴的静脉小血管内的逆流冷血,结果,真正带到脚部的热量其实是很少的。 在冬季,企鹅脚部的温度,仅保持在冰点温度以上1~2℃,这样就最大限度地减少了热量散失,同时也防止了脚被冻伤。


冰灵微心



企鹅羽毛凤冠企鹅有羽毛来保暖,对吗?-部分正确,羽毛在陆地上工作,但是在企鹅生活的水中,它们不太好。真正让企鹅在海里保持温暖的是皮下脂肪层。正如我们将在后面看到的,脂肪层也是一种有价值的能量储存。

就重量而言,外部毛皮和羽毛是最有效的绝缘体,但会被风吹皱,潮湿时就没什么用了。


企鹅的脂肪层保护它们在海里不受寒冷。然而在陆地上,它们的羽毛起到了保暖的作用。企鹅的羽毛不像飞鸟的扁平的大羽毛,它们很短,下面有一层纤细的绒毛。企鹅羽毛也非常擅长在鸟从海里浮出时出水。它们重叠在一起,在水中产生很好的流线型效果,在陆地上有很好的排风能力。当天气变得非常冷的时候,企鹅可以把它们的羽毛吹出来,以捕获更多的空气,从而达到更好的隔热效果。当天气太热时(甚至高达冰点!)它们把羽毛抖得更厉害,这样被困住的温暖空气就能逃脱,让企鹅冷静下来。企鹅的每单位面积羽毛密度是所有鸟类中最高的。

这个脂肪层是内部的大自然母亲发明的保温材料——因此也是在水中保暖的最佳方式。它能让所有温血冷水动物在零下1.9摄氏度(25.8华氏度)的温度下工作。为什么是这个温度?-因为那是海水结冰的时候,如果海水不是固态的,就不会比这更冷。企鹅可以有高达其体重30%的脂肪。

企鹅有两个区域,它们的身体隔热性很差,并且会损失很多热量,这就是它们的鳍状肢和脚。这些区域同时给企鹅带来了问题和解决方案。一个问题是热量损失,一个解决方案是因为它们可以用来冷却。当天气非常冷的时候,出色地隔热是很好的,但是当你使用大量的能量来产生热量,或者温度上升时,不能排出热量本身就成了一个大问题。


这个解决方案非常优雅。操作脚和鳍状肢的肌肉不在脚和鳍状肢中,而是在企鹅身体较温暖的部位。脚和脚蹼被肌腱穿过,附着在脚趾、脚踝和手腕的骨头上,就像一种通过电线或绳子进行的远程操作。这意味着如果脚和脚蹼变得很冷并不重要,因为它们仍然可以由处于正常体温的区域的肌肉正常操作,因此仍然具有完全的功能。

企鹅有一种热交换血液流向这些区域,进入脚部的温暖血液流过冰冷的血液,在这个过程中使血液升温,同时使血液冷却,同样的事情发生在脚蹼上。脚和鳍状肢中的血液在大部分时间里比身体的其他部分保持得更冷。当血液重新进入身体的其余部分时,它已经被加热了,因此在冷却核心体温方面没有太大的作用。

跳岩企鹅的鳍状肢和腿显示出鳍状肢和脚的肌肉是多么少,肌腱附着在企鹅身体深处的肌肉上,以防止热量流失。

企鹅的脚永远不允许低于冰点,血液流动被精细地调整,以保持在冰点以上。当天气变得非常冷时,脚被身体的羽毛和脂肪层覆盖,所以它们不会暴露在寒风中。因此,当一个人赤脚站在冰上会很快被冻伤,企鹅可以一辈子这样做而不会受到任何伤害。


在低温或在海里时,流向脚和鳍状肢的血液非常少,所以热量损失最小。当企鹅需要快速散热时,流向这些肢体的血液会增加,因此大量温暖的血液会进入它们体内,并迅速冷却,从而快速有效地排出多余的热量。

有些企鹅甚至可以看到,当血液流向表面时,它们挥动鳍状肢来排热时,鳍状肢内侧会变成粉红色。帝企鹅展示使用尾巴作为三脚架的一部分-照片由美国国家海洋与大气管理局提供冰和雪是冷的。躺在雪地上,你会很冷,因为会有大面积的接触通过传导失去身体热量。站起来,立即你的接触面积大大减少,踮起脚尖,你的接触面积减少到最小。


这就是企鹅们所做的,除了当天气很冷的时候,它们不会踮着脚尖站立,它们会用脚后跟向后摇摆,抬起脚趾。它们用坚硬的尾羽阻止自己向后倒下,这些尾羽没有血液流动,因此不会像三脚架的第三个元素那样失去热量。

成群结队地闲逛

帝企鹅可能生活在地球上任何热血动物所能忍受的最极端的环境中。它们甚至在零下30摄氏度(-22华氏度)及以下的南极冬季深处繁殖,同时忍受200千米每小时(125英里每小时)及更高的风速,这就产生了一种你甚至不想去想的风寒因子,它会在几秒钟内冻结暴露在外的人体。

更糟糕的是,帝企鹅在远离公海的永久冰架上繁殖和越冬,在那里它们没有任何机会进食,因此它们不仅忍受可怕的寒冷条件,而且在没有或几乎没有庇护所的情况下进食——禁食数月——在漫长的南极冬夜的黑暗中进食。

企鹅循环系统可以调节保存或释放热量以保持温度恒定。

为了保存热量,流向鳍状肢和腿的血液将热量传递给离开鳍状肢和腿的血液。这就是众所周知的逆流热交换,它使热量留在体内,而不是真正到达腿或鳍状肢。


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