Белые медведи не мерзнут, потому что они белые

Почему белый медведь не мерзнет? Ученые выяснили, благодаря чему выживает полярный хищник.

Свирепый хищник белый медведь обитает в суровых климатических условиях. Вес взрослого самца может достигать 1 тонны, а вот еда в количестве достаточном, чтобы обеспечить зверя энергией, есть не всегда. Тем более что значительная часть энергии уходит на поддержание температуры тела. Должна быть какая-то хитрость, позволяющая белым медведям адаптироваться к холоду и сохранять температуру тела, которая колеблется в районе +37 градусов Цельсия, а во время сна доходит до +40 градусов. Ученые не только выяснили некоторые подробности об устройстве терморегуляции у полярных хищников, но и планируют взять кое-что на вооружение.

Чтобы пережить зиму, бурые и черные медведи впадают в спячку. Зоологи давно задавались вопросом: как переживает холода белый медведь? Несмотря на суровые условия, в спячку уходят только беременные самки, самцы же делают это редко и на непродолжительное время.

Один из медвежьих секретов – оксид азота (NO). Оксид азота участвует в регуляции систем внутри- и межклеточной сигнализации, с нарушением метаболизма NO связаны такие заболевания, как ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, бронхиальная астма, невротическая депрессия, эпилепсия и др. Кроме того, благодаря оксиду азота питательные вещества преобразуются в энергию и тепло.

Команда исследователей из Университета Буффало (США) во главе с Шарлоттой Линдквист сравнила геномы бурых и белых медведей. Выяснилось, что у двух этих близких видов существуют отличия в клеточном дыхании. В геноме белых медведей были обнаружены последовательности, благодаря которым возможна «тонкая настройка» тепло- и энергообмена в зависимости от температуры окружающей среды и питания. «Клетка начинает производить энергию при высоких уровнях оксида азота. При низких уровнях оксид азота сам регулирует, когда и где клетки должны производить тепло», – поясняет один из авторов исследования Андреана Уэлч.

Не стоит также забывать и об уникальных свойствах меха белого медведя. Как при толщине всего в 5 сантиметров он не позволяет животным замерзнуть? «Почему нам нужно как минимум 60 см минеральной ваты, чтобы поддерживать 20 °С при температурах около -5 °С? И почему мех полярного медведя лучше, чем то, что у нас есть для утепления домов?», – задалась вопросом Присцилла Симонис из Намюрского университета (Бельгия).

Передача тепла возможна только от более теплого к холодному, гласит второй закон термодинамики. Один из способов передачи тепла – инфракрасное излучение. Чем более разреженный газ, тем хуже его теплопроводность, поэтому шерсть и перьевой покров животных, обитающих в высоких широтах, имеет много воздушных полостей. Исследователи смоделировали процесс переноса тепла в условиях, когда волокна шерсти или перьев становятся своего рода ловушками ИК-излучения и препятствуют удалению тепла от источника. Согласно построенной исследователями компьютерной модели, дело не только в структуре меха или пуха, но и в цвете. Материалы черного цвета, поглощающие все излучения, оказались менее эффективными по сравнению со светлыми. Ученые выяснили, что повторяющееся рассеивание ИК-излучения между многочисленными слоями пуха или меха светлых цветов замедляет процесс остывания.

По мнению доктора Симонис, такая блокировка теплопереноса, сформировавшаяся в процессе эволюции у животных, обитающих в полярных регионах, обеспечивает эффективную термоизоляцию. И становится понятно, почему белый медведь, которому не от кого скрываться в арктических снегах, все равно белого цвета – потому что в белом теплее. Ученые считают, что эти результаты могут помочь в разработке новых способов теплоизоляции.