Le foche artiche hanno sviluppato molti adattamenti per far fronte al loro ambiente gelido: uno a cui potresti non pensare immediatamente sono le ossa nella loro cavità nasale. Le foche artiche hanno passaggi nasali più contorti rispetto alle specie di foche che vivono in ambienti più miti, e i ricercatori riferiscono il 14 dicembre Diario biofisico che queste strutture aiutano le guarnizioni a trattenere in modo più efficiente il calore e l’umidità mentre inspirano ed espirano.
“Grazie a questa struttura elaborata nelle loro cavità nasali, le foche artiche perdono meno calore attraverso lo scambio termico nasale rispetto alle foche subtropicali quando entrambe sono esposte alle stesse condizioni”, afferma Signe Kjelstrup, autore corrispondente e chimico fisico dell’Università norvegese di scienza e tecnologia. “Ciò fornisce un vantaggio evolutivo, soprattutto nell’Artico dove la perdita di calore è una dissipazione di energia, che deve essere reintegrata dal cibo”.
“La cosa sorprendente è che queste foche artiche trattengono il 94% dell’acqua quando inspirano ed espirano”, afferma Kjelstrup. “Ciò significa che la maggior parte dell’acqua aggiunta all’aria durante l’inspirazione viene poi recuperata durante l’espirazione.”
Negli ambienti freddi e secchi, gli animali perdono calore e umidità semplicemente respirando. La maggior parte dei mammiferi e degli uccelli hanno ossa complesse chiamate maxilloturbinati all’interno delle cavità nasali che aiutano a ridurre al minimo questo rischio. Questi ripiani ossei porosi sono ricoperti da uno strato riccamente vascolarizzato di tessuti mucosi che riscaldano e umidificano l’aria inalata, che è importante per la funzione polmonare, e riducono la quantità di calore e umidità persi durante l’espirazione.
Tuttavia, la struttura di queste ossa varia da specie a specie. Il team di Kjelstrup aveva precedentemente dimostrato che i nasi delle renne consentono un efficiente scambio di calore in condizioni fredde, ma poiché le renne non vivono in ambienti diversi, si sono rivolti alle foche per verificare se c’è qualcosa di speciale nei nasi degli animali artici.
“Non è possibile trovare le renne nel mezzo del Mediterraneo, ma le foche vivono in molti ambienti diversi, quindi ci hanno permesso di verificare questa domanda”, afferma Kjelstrup. “E sapevamo da uno studio precedente che il naso della foca artica è simile a una spugna e molto denso, mentre il naso della foca mediterranea ha una struttura più aperta.”
I ricercatori hanno utilizzato la tomografia computerizzata per realizzare modelli 3D delle cavità nasali/maxilloturbinati di una specie di foca artica, la foca barbuta (Erignatus barbatus), e una specie subtropicale, la foca monaca mediterranea (Monachus monachus). Quindi, hanno utilizzato modelli di dissipazione dell’energia per confrontare la capacità delle guarnizioni di riscaldare e inumidire l’aria durante l’inspirazione e di ridurre la perdita di calore e umidità durante l’espirazione. Il team ha testato entrambe le foche in condizioni artiche (-30°C) e a 10°C, che rappresenterebbe una giornata fredda per una foca monaca del Mediterraneo. Hanno inoltre modificato diversi parametri all’interno del modello per identificare le caratteristiche geometriche della cavità nasale importanti per la sua funzione.
Il modello ha indicato che le foche artiche sono molto più efficienti delle foche subtropicali nel trattenere lo scambio di calore e acqua sia alle temperature ambientali artiche che a quelle mediterranee. A -30°C, le foche sotterranee hanno perso 1,45 volte più calore e 3,5 volte più acqua per ciclo respiratorio rispetto alle foche artiche, e a 10°C, le foche sotterranee hanno perso 1,5 volte più calore e 1,7 volte più acqua per ciclo respiratorio. .
Questo vantaggio era dovuto alla cavità nasale più complessa e densa della foca artica. Nello specifico, i ricercatori hanno dimostrato che il perimetro allargato dei maxilloturbinati della foca artica è fondamentale per limitare la dissipazione di energia a basse temperature ambiente.
Lo studio ha analizzato la perdita di umidità e calore per ciclo respiratorio (vale a dire, per un’inspirazione e un’espirazione), ma il ruolo della frequenza respiratoria rimane poco chiaro. Ciò è particolarmente complicato per le foche, che interrompono il respiro per minuti ogni volta che si immergono.
In futuro, i ricercatori sperano di studiare le strutture nasali di altre specie per vedere se strutture diverse forniscono vantaggi evolutivi in altri ambienti. “Il cammello, ad esempio, non ha bisogno di risparmiare molto sul calore, ma ha bisogno di risparmiare sull’acqua, quindi si potrebbe ipotizzare che potrebbe dirci qualcosa sull’importanza relativa dei due”, dice Kjelstrup.
In definitiva, i ricercatori intendono utilizzare queste informazioni per progettare scambiatori di calore e sistemi di ventilazione più efficienti. “Se la natura riesce a creare scambiatori di calore così grandi, penso che dovremmo copiarli in ingegneria per creare processi più efficienti, ad esempio, nei condizionatori d’aria”, afferma Kjelstrup.
Questa ricerca è stata sostenuta dal Consiglio di ricerca norvegese e dalla Tromsø Research Foundation.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
