Kolczatki wydmuchują bąbelki śluzu z nosa, żeby się ochłodzić
Jerry A. Coyne
2023-02-02
Słyszeliście o dziobakach, stekowcach, składających jaja ssakach, co jest prymitywnym stanem odziedziczonym po przodku wszystkich współczesnych ssaków (i po ich wcześniejszych gadzich przodkach). Ale być może znacie także „kolczatki”, czyli „kolczaste mrówkojady” (niezbyt spokrewnione ze zwykłymi mrówkojadami), również z rzędu Monotremata i jedyne inne ssaki składające jaja. (To nie są torbacze; oddzieliły się od grupy ssaków łożyskowych/torbaczy, zwanych żyworodnymi, między 250 a 160 milionów lat temu).
Żyjące obecnie stekowce obejmują cztery gatunki kolczatek i tylko jeden gatunek dziobaka (Ornithorhynchus anatinus), a te dwie grupy oddzieliły się od siebie między 57 a 21 milionów temu. Co więcej, stekowce oddzieliły się od „zwykłych” (żyworodnych) ssaków między 218 a 187 milionów lat temu.
Artykuł dotyczy jednego z czterech gatunków kolczatek, kolczatki australijskiej (Tachyglossus aculeatus). Oto jak to wygląda:
Kliknij na link pod zrzutem z ekranu, aby przeczytać o tym, jak kolczatki zachowują chłód w gorącym klimacie Australii (plik pdf jest tutaj, pełne źródło znajduje się na dole, a popularny artykuł znajduje się tutaj. Ale poniższy artykuł, z „Biology Letters” opublikowanego przez brytyjską Royal Society, jest krótki i przystępny:
Problem jest następujący: wcześniejsze badania wykazały, że gatunek ten ma niską tolerancję termiczną, ze śmiertelną temperaturą ciała 38ºC i śmiertelną temperaturą powietrza zaledwie 35ºC. Jednak kolczatka występuje w australijskich siedliskach, gdzie temperatura powietrza jest wyższa, więc muszą mieć sposób na ochłodzenie. W artykule opisano badania termowizyjne dzikich kolczatek, aby zobaczyć, jak to robią.
Najwyraźniej kolczatka musi mieć jakiś sposób na obniżenie temperatury, z jaką styka się, który autorzy nazywają „oknem termicznym” lub „obszarami powierzchni ciała zwierzęcia, które zmieniają wymianę ciepła ze środowiskiem, ‘otwieranymi’ lub ‘zamykanymi’ przez zmiany ekspozycji i/lub przepływu krwi”. (Poniżej znajduje się kilka sympatycznych przykładów tego, jak robią to inne gatunki.)
Autorzy mierzyli temperaturę ciała kolczatek za pomocą obrazowania termicznego i oszacowali temperaturę otoczenia jako średnią z temperatury powietrza i temperatury gruntu. Zmierzyli również temperaturę „mokrego termometru”, czyli temperaturę mierzoną przez zwilżoną końcówkę termometru. Temperatura mokrego termometru jest niższa niż temperatura powietrza, ponieważ parowanie wody powoduje jej ochłodzenie.
Odkryli dwa sposoby, w jakie kolczatki ochładzają się w wyższych temperaturach. Porównania temperatury części ciała kolczatki z temperaturą otoczenia mierzono przez wykreślenie, dla różnych kolczatek obserwowanych w różnych temperaturach, temperatury mokrego termometru (oś x) wobec temperatury powierzchni zwierzęcia (oś y). Pokazano to poniżej, ale najpierw jedna uwaga.
Pierwszym sposobem ochładzania, jaki odkryli autorzy, była obserwacja, że zwierzęta przyciskają swoją stosunkowo pozbawioną sierści (i pozbawioną kolców) nogę i powierzchnię brzucha do chłodnej gleby. Jest to podobne do tego, co robią kangury; patrz poniżej. Kolce pomagają również chronić ich ciała przed słońcem, a podskórna warstwa tłuszczu, w której są osadzone, także daje izolację.
Drugim sposobem chłodzenia jest podane w nagłówku odkrycie. Możesz to zobaczyć poniżej w prawej dolnej części poniższego wykresu. Pokazuje temperaturę ciała wobec temperatury mokrego termometru dla różnych części ciała kolczatki (pamiętaj, że robi się to za pomocą obrazowania termicznego). Zmierzone obszary ciała są pokazane na zielono, a temperatury ciała mierzone przy różnych temperaturach mokrego termometru dla każdego obszaru ciała są pokazane jako kropki, po jednej dla każdej zmierzonej części ciała kolczatki. Pomiary przeprowadzono na 124 kolczatkach (niektóre mogły być duplikatami, ponieważ nie mogli zidentyfikować osobników) w rezerwacie przyrody Dryanra Woodland i Boyagin w Australii Zachodniej, 170 km na południowy zachód od Perth:
(From paper): Figure 1. Surface temperature of various body regions plotted against wet bulb globe temperature (WBGT) for 124 active short-beaked echidnas (Tachyglossus aculeatus) filmed with an infrared camera in the West Australian wheatbelt. The solid line represents a slope = 1 for WBGT, the dashed line the observed slope for the relationship; asterisks indicate that the slope is significantly different from 1. The inset thermal image shows the body region represented by each panel, outlined with a green polygon.
Widać, że temperatura powierzchni (wysokość kropek) jest dla sześciu obszarów ciała wyższa niż temperatura mokrego termometru, co oznacza, że nie ma chłodzącego parowania z tych ciepłych powierzchni ciała. Ale spójrz na „czubek dziobu” w prawym dolnym rogu. Przy wszystkich temperaturach mokrego termometru temperatura końcówki dziobu jest taka sama jak temperatura mokrego termometru. Oznacza to, że w jakiś sposób na czubku pyska zachodzi dodatkowe chłodzenie.
Jak one to robią? Wydmuchują przez nos bąbelki śluzu, które po pęknięciu utrzymują wilgoć na nosie, chłodząc w ten sposób kolczatkę. W efekcie dziób jest „śluzową końcówką”. Albo cytując autorów:
Czubek dziobu kolczatki krótkodziobej identyfikujemy jako unikalny typ okna parowania. Końcówka dziobu, zawierająca dużą tętnicę grzbietową nosa, jest utrzymywana w stanie wilgotnym, aby ułatwić elektrorecepcję. Dodatkową rolą tej wilgotnej powierzchni jest chłodzenie wyparne leżącej pod nią krwi w obrębie tętnicy; przy nachyleniu równym 1 i minimalnemu przecięciu końcówka dziobu działa jak termometr kulisty z mokrą końcówką. Przy wysokiej Ta [temperaturze powietrza] kolczatki wytwarzają bąbelki śluzu, nawilżając czubek dziobu. To unikalne okno parowania w nosie jest szczególnie cenne dla kolczatek (które nie dyszą, nie liżą się ani nie pocą), zwłaszcza w warunkach, w których temperatura otoczenia przekracza Tb [temperatura wewnętrzna ciała], a parowanie jest jedyną dostępną drogą utraty ciepła.
Oto wideo z „Science News” o chłodzeniu. Zwróć uwagę, że tutaj najjaśniejsze obszary są najgorętsze, a najciemniejsze są najchłodniejsze. Spójrz na czubek pyska, zakreślony w 5 sekundzie. Jest bardzo ciemny!
Wniosek: Dla chłodzenia się kolczatki wyewoluowały wydmuchiwanie bąbelków śluzu, gdy jest gorąco. Pękanie bąbelków utrzymuje zwierzę w chłodzie, zwłaszcza że pysk jest dobrze wyposażony w liczne naczynia krwionośne, które oddają ciepło.
Oto opis autorów, w jaki sposób inne gatunki wykorzystują chłodzenie wyparne, w tym fakt, że kangury liżą swoje przedramiona, aby się ochłodzić, gdy jest gorąco:
. . . istnieje niewiele opisów wyspecjalizowanych okien parowania u zwierząt endotermicznych, gdzie płyny endogenne są behawioralnie stosowane na obszarach o wyspecjalizowanym układzie naczyniowym. Klasycznymi przykładami okien wyparnych są bociany i sępy indycze, które oddają mocz na nogi zawierające rozległe unaczynienie podskórne, ułatwiające EHL [Elastohydrodynamic Lubrication]. Foki na skałach podobnie oddają mocz, aby zwilżyć swoją powierzchnię brzuszną i unaczynione płetwy, aby wzmocnić EHL, podczas gdy lizanie unaczynionych przedramion przez kangury jest najbardziej znanym przykładem u ssaków.
Oto film Attenborough, na którym kangury rude (Osphranter rufus) ochładzają się, liżąc silnie unaczynione przedramiona (możesz przeskoczyć do 2:05, aby to zobaczyć, a także obrazy termiczne pokazujące chłodzenie). Pozostają również w cieniu i dokopują się do chłodniejszej gleby pod powierzchnią, żeby się na niej położyć.
Teraz możemy dodać do tych przykładów chłodzenia wyparnego bąbelki śluzu kolczatek.
Emerytowany profesor na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji. Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest również jednym ze znanych "nowych ateistów" i autorem (wydanej również po polsku przez wydawnictwo "Stapis") książki "Faith vs Fakt". Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.
