 |
En afrikansk skogselefant (Loxodonta cyclotis). Dess öron fungerar som radiatorer, när djuret är överhettat. Den kylande effekten blir allra bäst efter ett bad. När badvattnet avdunstar kyls elefanten utan att den förlorar vatten. Svettning hade gett samma effekt, men med förluster av vatten från kroppen. Om den tecknade elefanten Dumbos öron, se längst ner på sidan. Läs om de två afrikanska elefantarterna på en annan sida. Courtesy of James Hopkirk, from from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 Generic License. |
|
Varför har elefanter så oproportionerligt stora öron? Det har att göra med att elefanter är mycket stora djur som lever i ett mycket varmt klimat. Stora djur har svårt att göra sig av med den kroppsvärme som uppstår vid ämnesomsättningen och riskerar därför lätt att överhettas.
För att förstå elefanternas problem behöver vi titta på lite geometri. Om man gör sidan på en kub dubbelt så lång, får man en ny större kub. Titta på figuren nedan:
 |
En jämförelse mellan en mus och en elefant. Till vänster har vi musen, till höger elefanten. |
|
En av den stora kubens ytor är fyra gånger större än en av den lillas ytor. Alltså är den stora kubens totala yta fyra gånger större än den lillas. Vi ser också att den större kuben rymmer åtta exemplar av den mindre. Alltså är den stora kubens volym
åtta gånger större än den lillas. Vi förenklar det sedan lite och antar att en elefant är likadant formad som en mus och att elefanten är 100 gånger längre än musen (d.v.s. elefanten är 5 m lång och musen 5 cm). Då blir elefantens kroppsyta 10 000 gånger (100 x 100) större än musens, medan dess volym blir hela 1 000 000 gånger (100 x 100 x 100) större än musens! Således har 1 deciliter elefant mycket mindre kroppsyta till sitt förfogande än 1 deciliter mus!
Både elefanten och musen producerar värme vid sin ämnesomsättning (metabolism), men elefanten och musen skulle omöjligt kunna producera lika mycket värme per deciliter djur. Båda djuren håller nämligen samma kroppstemperatur på cirka 36-38 °C. Man vet faktiskt inte varför nästan alla däggdjur håller en kroppstemperatur på cirka 36-38 °C. Texten fortsätter under bilden.
Musens problem blir då att den förlorar värme för lätt till omgivningen med sin stora yta per volymsenhet. Den måste därför ha en mycket intensiv ämnesomsättning, så att varje deciliter mus producerar tillräckligt med värme för att bibehålla hela musens kroppstemperatur.
Elefantens problem blir att den har svårt att göra sig av med värmen med sin lilla yta per volymsenhet. Den måste därför ha en lägre ämnesomsättning, så att den inte producerar mer värme per deciliter elefant än den kan göra sig av med. Gör den det kommer dess kroppstemperatur att stiga.
Om musen hade samma låga ämnesomsättning som elefanten, skulle den behöva isolera sig från värmeförluster med ett flera centimeter tjockt pälslager. Musen skulle inte kunna se något och den skulle inte kunna röra sig heller. Den skulle rulla runt i terrängen som en boll. Om elefanten hade samma höga ämnesomsättning som musen, skulle den inte hinna göra sig av med den värme den producerar. Den skulle då råka i kokning invärtes så att hela elefanten exploderade. Texten fortsätter under bilderna.
 |
 |
Till vänster ses ormbunken glansbräken (Asplenium adiantum-nigrum). Till höger ses Barnsleys ormbunke, en så kallad fraktal bild konstruerad med hjälp av en matematisk funktion följande fyra regler. Bildens förgrening är självlikformig, viket innebär att samma form återkommer om man förstorar en del av bilden. Som synes är Barnsleys ormbunke förvånande lik en riktig ormbunke. Den senare är dock inte exakt självlikformig. Förgrenade strukturer i naturen kan ofta matematiskt beskrivas som fraktaler. Blodkärlen i djurs kroppar tros förgrena sig i ett fraktalliknande mönster. Courtesy of Forest and Kim Starr from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution 3.0 Unported License (left) and DSP-user from Wikimedia Commons under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License (right). |
|
Yta-volymförhållandet räcker inte som förklaring
Förhållandet mellan yta och volym sätter alltså gränser för hur hög ämnesomsättning en elefant och en mus kan ha. Men det är mer komplicerat än så. Elefanten har faktiskt en högre ämnesomsättning i förhållande till musen än man skulle förvänta sig, om det bara hade med yta-volymförhållandet att göra. Matematiskt uttryckt, så ökar ämnesomsättningen hos däggdjursarter mer när kroppsvikten ökar än man skulle förvänta, om ämnesomsättningen var direkt proportionell mot kroppsytan. Dessutom hittar man samma samband mellan ämnesomsättning och kroppsvikt hos många djur som har samma temperatur i kroppen som i omgivningen. Så man har ingen slutgiltig förklaring till detta märkliga samband som man hittar inom väldigt många djurgrupper. Det finns flera hypoteser. En intressant hypotes hävdar att det har att göra med de trädlika förgreningarna hos bland annat blodkärlen. Dessa förgreningar följer de mönster som inom matematiken kallas fraktaler, se bildtexten ovan.
Hur elefanter svalkar sig i hetta
Men vilken funktion har då elefanternas öron? Jo, de stora öronen förbättrar deras yta-volymförhållande och ger dem en väsentligt större kroppsyta. Öronen är väl genomblödda och fungerar, med sin stora yta, som radiatorer genom vilka elefanten avger överskottsvärme från blodet till omgivningen. Flera andra anpassningar hjälper elefanter att avge värme. De har förlorat den värmeisolerande pälsen. Detta gör att de kan avge mer värme till omgivningen via värmeledning, så länge de är i skugga. Men de tar också upp mer värme i solsken. Den hårlösa huden underlättar emellertid värmeförluster genom avdunstning av kroppsvatten genom huden. Det åtgår nämligen värme, när flytande vatten övergår till gasform, alltså till vattenånga. Elefanter svettas inte, men kan ändå, tack vare hårlösheten, avdunsta mycket vatten genom huden. Dessutom är hudens yttersta döda hornlager inte jämnt. Det är försett med små upphöjningar, som är omgivna av fåror. Fårorna bildar ett bikakeliknande mönster. Det finns också en djupa veck i huden. När elefanter badar eller rullar sig i gyttja, fastnar vatten eller gyttja i hudens fåror och veck. Sedan avdunstar vatten från dessa håligheter. På så sätt kyls djuren utan att de förlorar vatten från kroppsvätskorna. Elefanter klarar sig dock inte utan att dricka vatten. De honor, matriarker, som leder hjordarna, vet sannolikt var det finns vattenhål och leder de törstande elefanterna dit.
Den tecknade elefanten Dumbos fysiologi
Den tecknade elefanten Dumbo torde ha större öron än någon annan elefant, åtminstone i relation till kroppsvikten. Nyligen har man genom datasimuleringar försökt utreda vad öronen betyder för Dumbos temperaturreglering. Först inhämtade man uppgifter om Dumbos dimensioner hos Disney. Man kunde sedan uppskatta ämnesomsättningen hos en elefant i Dumbos viktklass. Simuleringarna antydde att Dumbo har svårt att hålla värmen när det är blåsigt och kallt. Öronen avger för mycket värme. Man drog slutsatsen att Dumbo kanske behöver sina öron för att göra sig av med överskottsvärme när han flyger. Å andra sidan skulle Dumbo inte kunna flyga överhuvud taget, om han var en riktig elefant. Denna undersökning är inte bara ett skämt. Studier av påhittade djur kan ge information om vilka begränsningar som finns för riktiga djur.
Referenser
Texten har uppdaterats och utökats år 2016.
X. Chen et al.: Growth, ageing and scaling laws of coronary arterial trees (Journal of the Royal Society Interface 12:20150830, 2015).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
G. Jayalalitha, V. Shanthoshini Deviha, and R. Uthayakumar: Fractal model for blood flow in cardiovascular system (Computers in Biology and Medicine 38:684-69, 2008).
H. B. Lillywhite and B. R. Stein: Surface sculpturing and water retention of elephant skin (Journal of Zoology, London, 211:727-734, 1987).
P.K. Phillips och J.E. Heath: Heat loss in Dumbo: a theoretical approach (Journal of Thermal Biology 26:117-120, 2001).
K. Schmidt-Nielsen: Animal physiology (5:e upplagan, Cambridge University Press, 1997).
G. B. West, J. H. Brown, and B. J. Enquist: The fourth dimension of life: fractal geometry and allometric scaling of organisms (Science 284:1677-167, 1999).
T. M. Williams: Heat transfer in elephants: thermal partitioning based on skin temperature profiles (Journal of Zoology, London, 222:235-245, 1990).
P.C. Withers: Comparative Animal Physiology (Saunders College Publishing, 1992).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
