Антарктидадағы ақ түсті шексіз мұздың үстінде тұрған император пингвиніне қарағанда, еріксіз таңғаласың. Дене температурасы шамамен 38°C, ал астындағы мұздың температурасы – 60°C-қа дейін төмендеуі мүмкін.
Қарапайым физика заңына сүйенсек, мұндай жағдайда құстың табаны не қатып қалуы, не мұзға жабысып қалуы керек сияқты. Бірақ табиғат бәрін әлдеқайда ақылды ұйымдастырған.
Пингвиндер айлар бойы мұз үстінде еркін жүріп, еш қиындықсыз өмір сүреді. Оның сыры қалың май қабатында емес, ерекше қан айналым жүйесінде жатыр.
Мұзға жабысудың физикасы
Қыста темір қоршауды немесе әткеншекті жалап көрген адамдардың басынан өткен жағдайды бәрі біледі. Жылы әрі ылғал тіл мұздай темірге тиген сәтте қатып қалып, ажырату қиынға соғады.
Егер пингвиннің табанына жүректен келетін ыстық қан үздіксіз ағатын болса, мұздың беті аздап еріп, бірден қайтадан қатып қалар еді. Соның салдарынан құстың табаны мұзға жабысып, қозғалу мүмкіндігінен айырылар еді.
Бірақ табиғат мұндай қауіптің алдын әлдеқашан ойластырған.
Пингвин табаны неге салқын болады?
Көпшілік пингвиндерді қалың май қабаты ғана қорғайды деп есептейді. Алайда бұл толық шындық емес.
Пингвиннің денесі жылы болғанымен, табанының температурасы көбіне 0-2°C шамасында ғана сақталады. Бұл мұзды ерітуге жеткіліксіз.
Сондықтан табан астында су пайда болмайды, сәйкесінше қайта қатып, мұзға жабыстыру процесі де жүрмейді.
Бірақ ең қызығы – табан мұншалықты салқын болса да, тірі күйінде қалып, барлық қызметін атқара береді.
Табиғат жасаған ерекше жылу алмастырғыш
Ғалымдар бұл жүйені қарсы ағынды жылу алмасу (counter-current heat exchange) деп атайды.
Пингвиннің сирағында жүректен келетін артериялар мен кері қайтатын веналар бір-біріне өте жақын орналасқан.
Жылы артериялық қан төмен қарай қозғалған кезде өз жылуын жанындағы суық веналық қанға береді.
Нәтижесінде:
- аяққа жеткен қан әлдеқайда салқын болады;
- денеге қайтатын қан қайтадан жылынады;
- жылу сыртқа емес, ағзаның ішінде сақталады.
Яғни жылу аяққа жетпей тұрып-ақ қайтадан денеге қайтарылады.
Бұл – табиғат жасаған ең тиімді энергия үнемдеу жүйелерінің бірі.
Энергияның босқа кетпеуі
Егер пингвинде қарапайым қан айналымы болса, денесі аяқ арқылы үздіксіз жылу жоғалтар еді.
Ғалымдардың есептеуінше, қазіргі жүйенің арқасында аяқ арқылы кететін жылу шығыны жалпы энергияның 10 пайызынан да аз.
Бұл Антарктида жағдайында тіршілік үшін аса маңызды.
Неліктен табан үсіп қалмайды?
Адам аяғы мұндай температурада бірнеше минуттың ішінде үси бастайды.
Ал пингвиннің ағзасы бұған арнайы бейімделген.
Ерекше жасушалар
Пингвин табанындағы жасушалардың мембраналары басқа химиялық құрамдағы майлардан тұрады.
Олар нөлге жақын температурада да қатаймайды.
Сондықтан жасушалар қалыпты жұмысын жалғастыра береді.
Қан тамырларының ерекшелігі
Адамда суықта қан тамырлары қатты тарылып кетеді.
Ал пингвинде олар толық жабылып қалмайды.
Осының арқасында табанға оттегі мен қоректік заттар үздіксіз жеткізіліп тұрады.
Суыққа бейімделген ферменттер
Пингвин ағзасындағы көптеген ферменттер төмен температурада да белсенді жұмыс істейді.
Сол себепті аяқтары салқын болса да, құс еркін қозғалып, мұз үстінде сенімді жүреді.
Табанның табиғи қорғанысы
Пингвин табанының астыңғы бөлігін қалың мүйізденген тері қабаты жабады.
Бұл қабат қысқы аяқ киімнің табаны секілді қызмет атқарады.
Ол:
- мұзбен тікелей жанасуды азайтады;
- жүйке ұштарын қорғайды;
- жылу жоғалуын төмендетеді.
Пингвиндердің ерекше тұрысы
Император пингвиндерін бақылаған адамдар олардың жиі өкшесіне сүйеніп тұратынын байқаған.
Кейде олар құйрығын қосымша тірек ретінде пайдаланып, аяқ саусақтарын сәл көтеріп тұрады.
Бұл әдіс мұзбен жанасатын ауданын азайтады.
Соның арқасында жылу жоғалуы да төмендейді.
Бір-біріне жылу сыйлайтын құстар
Антарктидада боран күшейген кезде мыңдаған пингвин тығыз топқа жиналады.
Олар бір-біріне соншалық жақын тұрады, кейбір зерттеулер бойынша топтың ортасындағы температура +30°C-қа дейін көтерілуі мүмкін.
Қызығы, мұндай жылы ортада тұрса да, олардың табандары бәрібір мұздың үстінде қалады.
Себебі жылуды үнемдейтін негізгі жүйе аяқ ішінде жұмыс істейді.
Инженерлер пингвиннен не үйренді?
Қарсы ағынды жылу алмасу принципін адамдар кейінірек техникада қолдана бастады.
Қазір ол көптеген құрылғыларда кездеседі.
Желдету жүйелері
Заманауи рекуператорларда бөлмеден шығатын жылы ауа сырттан келетін салқын ауаны алдын ала қыздырады.
Нәтижесінде энергия аз жұмсалады.
Авиация
Ұшақтарда дәл осындай жүйе жанармайдың қатып қалуына жол бермейді әрі қозғалтқыштың температурасын тұрақтандырады.
Мұнай құбырлары
Қатты аяздағы мұнай құбырларының жанынан ыстық су немесе бу жүретін қосымша құбырлар жүргізіледі.
Бұл мұнайдың қоюланып қатып қалуын болдырмайды.
Жылыту қазандықтары
Қазіргі көптеген конденсациялық қазандықтар да осы принциппен жұмыс істейді.
Ыстық түтін газы өзінің жылуын жаңадан келетін суға береді.
Осының арқасында отын үнемделеді.
Ал пингвинге ыстық болса ше?
Антарктида әрдайым өте суық емес.
Жазда күн қызған кезде немесе ұзақ жүзгеннен кейін пингвиннің денесі қызып кетуі мүмкін.
Міне, дәл осы кезде аяқтары тағы да маңызды рөл атқарады.
Арнайы шунттық қан тамырлары ашылып, жылы қан аяққа тікелей жіберіледі.
Табан қызады да, артық жылуды мұзға немесе суға береді.
Яғни бір ғана қан айналым жүйесі екі түрлі міндет атқарады:
- суықта – жылуды сақтайды;
- ыстықта – артық жылуды сыртқа шығарады.
Табиғаттың мінсіз инженерлік шешімі
Пингвиндердің тіршілігі тек қалың май қабатына ғана байланысты емес.
Олардың өмірін сақтап тұрған негізгі механизм – жылуды өте дәл басқаратын ерекше қан айналым жүйесі.
Табанның төмен температурада сақталуы мұздың еруіне жол бермейді, ал қарсы ағынды жылу алмасу ағзаның энергиясын үнемдейді.
Миллиондаған жылдық эволюция нәтижесінде қалыптасқан бұл жүйе бүгінгі инженерлерге де шабыт беріп келеді. Желдеткіштерден бастап ұшақтарға дейін көптеген технология дәл осы табиғи шешімнің қағидаларына негізделген.
Сондықтан пингвиндердің мұзға жабыспай жүруінің құпиясы – май қабатында емес, табиғат жасаған таңғажайып биоинженерлік жүйеде жатыр. Бұл – эволюцияның ғылым мен техниканы таңғалдырған ең керемет өнертабыстарының бірі.
