海洋哺乳动物是如何避免冻死的?它们会感到寒冷吗?
——“Disputatore”通过 Twitter 提问
D. 安·帕布斯特,北卡罗来纳大学威尔明顿分校的海洋动物学家,整理了一份回复(由可可·巴兰坦讲述)
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海洋哺乳动物在寒冷的水中通过两种广泛类型的反应来维持温暖的核心体温:行为反应和生理反应。典型的行为反应是迁徙——例如,在冬天,怀孕的露脊鲸从加拿大和新英格兰附近的水域迁徙到佐治亚州和佛罗里达州较温暖的沿海水域产仔。另一方面,生理适应包括拥有较大的体型,就像大多数海洋哺乳动物一样,这意味着相对较低的表面积与体积比。(随着三维物体尺寸的增加,物体的体积增长速度比其表面积快。)通过拥有较小的皮肤面积(热量通过该面积与环境交换),与产生大量热量的身体组织相比,大型哺乳动物可以更有效地保持热量。
海洋哺乳动物还拥有极好的隔热层,形式为皮毛或脂肪,或两者兼有。海獭拥有已知哺乳动物中最浓密的毛发:根据一项统计,每平方厘米皮肤有 130,000 根毛发。当皮毛干燥时,隔热效果最好,因为它会将静止的空气(一种极好的绝缘体)滞留在皮肤表面。相比之下,水具有高度导电性;在相同温度下,它从身体带走热量的速度比空气快 25 倍。海獭的皮毛非常浓密,即使动物浸入水中,它也能在皮肤表面滞留一层空气。
一生中大部分或全部时间都在水中度过的哺乳动物依赖于脂肪——皮肤的特殊层,其中包含脂肪以及蛋白质胶原蛋白和弹性蛋白——除其他外,它提供隔热和能量储存,很像人类脂肪的作用。脂肪的量因动物而异。新生港海豚的脂肪含量最高;它们总体重的约 43% 是脂肪。
在某些情况下,营养不良或健康状况不佳的海洋哺乳动物可能难以维持健康的脂肪供应,无论是在数量还是质量方面。这些动物最终可能会因暴露在极端温度下而死亡。或者,如果它们发现自己流离失所,离开了自然栖息地,它们可能会屈服于不适合它们的环境条件的压力之下。
海洋哺乳动物的皮肤与任何哺乳动物的皮肤一样,都布满了温度感应神经细胞。这些特殊的生物肯定具有感知温度的能力,并且它们显然会对温度刺激做出反应,但这如何转化为它们的感受——例如,它们是否会感到不适——是一个难以回答的问题。
远低于沸点的洗澡水是如何散发出蒸汽的?
赫尔曼·默特,密歇根大学安阿伯分校机械工程荣誉退休教授,解释说
人们在热浴上方看到的漂浮物(通常称为“蒸汽”)实际上是从流体表面上方的空气和水蒸气混合物中凝结出来的微小液滴。蒸汽本身是一种看不见的气体,是由蒸发产生的,水分子由此从液体中逸出。蒸发是一个比沸腾慢的过程,但在水加热(获得更多能量)时会加速。
看不见的水蒸气凝结成可见雾气的条件取决于环境温度和空气中水蒸气的量。与冷空气相比,暖空气在变得饱和到发生凝结之前可以容纳更多的水蒸气。这种特性解释了为什么在寒冷的冬日早晨,浴缸或一杯茶比在炎热的夏日午后散发出更多的可见蒸汽。
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