 |
Några sångsvanar (Cygnus cygnus) står på isen. Fryser de om sina stora fötter? Courtesy of Estormiz from Wikimedia Commons under this CC Licence. |
|
Har du undrat hur en fågel som står på isen en kall vinterdag undviker att förfrysa fötterna? Håller den fötterna varma eller klarar den av att ha mycket kalla fötter? Och hur är det med en fågel som står på ett hett plåttak? Hur undviker den brännskador?
Fåglar med kalla fötter
Fåglar i kalla klimat kan verkligen ha kalla ben med kalla fötter. Fottemperaturen kan understiga 5 °C, medan temperaturen i bålen är den normala cirka 40-42 °C.
Precis som vi däggdjur, så håller fåglarna en nära nog konstant och hög temperatur i kroppens kärna, det vill säga i det inre av huvudet och bålen. Men gångbenen ställer till med problem för en fågel när det är kallt. Deras nedre, obefjädrade delar är dåligt isolerade. Deras yta utgör en stor del av kroppsytan och är dessutom mycket stor i förhållande till deras volym. En stor relativ yta ger en stor värmeavgivning. En liten volym ger en liten värmeproduktion. Ett ben kan därför knappast producera tillräckligt med värme själv för att hålla en hög temperatur i en kall miljö. I stället kan det fungera som en värmeradiator, som vid kyla via blodet till omgivningen avger stora mängder av den värme som kroppskärnan producerar. Då kyler den ner hela fågeln.
Lösningen på detta problem är att hålla gångbenens temperatur väsentligt lägre än kroppskärnans. Värmeavgivningen blir nämligen mindre, om temperaturskillnaden mellan benet och omgivningen är liten. Benet värms upp av varmt arteriellt blod som flödar ner i det från bålen. Djur kan kyla benen genom att minska blodflödet till dem. När bentemperaturen minskar så minskar ämnesomsättningen och därmed benets syrgasbehov. Benet kan då klara sig med ett mindre blodflöde. Men hos många fåglar och däggdjur hittar man värmeväxlare vid benens bas som kyler benen på ett mycket effektivare sätt. Texten fortsätter under bilden.
 |
Dramatik på isen. Fiskmåsarna ser ut att anfalla en kråka. Courtesy of Rolf Dietrich Brecher Wikimedia Commons under this CC License. |
|
Hur fungerar värmeväxlare i kyla?
I värmeväxlarna löper artärer med varmt syrerikt blod parallellt med vener med kallt syrefattigt blod. Artärerna löper från bålen ut till benet, venerna från benet in till bålen. En del värme överförs från det varma artärblodet till det kalla venblodet. Denna värme transporteras inte ut i benet, utan blir kvar i bålen. Bentemperaturen blir då lägre. Ju längre kärlen i värmeväxlaren är, desto mer värme kan överföras från artärer till vener. En längre värmeväxlare ger alltså en lägre bentemperatur. Avståndet mellan det arteriella och det venösa blodet i värmeväxlaren är så stort att syrgas inte kan transporteras mellan de båda blodbanorna. En värmeväxlare kan således kyla ett ben utan att minska syrgastillförseln till det. Den nödvändiga tillförseln och bortförseln av andra ämnen till och från benet påverkas inte heller. Blodkärlen i värmeväxlaren är så pass vida att blodet relativt lätt kan ta sig igenom dem. Med andra ord, så har de en relativt låg resistans. Därmed går endast en liten del av blodets tryckenergi förlorad när det passerar värmeväxlaren och det behövs inget extra hjärta i benet.
Hos vissa djur, till exempel människan, består värmeväxlaren bara av några artärer och vener, som ligger intill varandra. Vi är väsentligen tropiska djur, dåligt anpassade till att tåla kyla. Hos djur som lever i kalla klimat kan värmeväxlaren bestå av ett betydligt effektivare så kallat rete mirabile ("det underbara nätverket"). Det består av ett stort antal artärer och vener som ligger intill och blandade med varandra. I tvärsnitt ser det ut som ett nät.
Det kan vara svårt för muskler att fungera i kyla. Men det finns nästan inga muskler i de obefjädrade nedre delarna av fågelbenet. Nästan alla de muskler som påverkar benet finns i bålen eller i benets övre fjäderklädda del, där temperaturen är relativt hög. Dessa muskler manövrerar benet via långa senor som löper i skidor längs med benet. Den obefjädrade delen av benet består mest av hud, ben, brosk och bindväv. Dessa vävnader tål kyla relativt bra. Benets nedre del har också ett känselsinne. Det innehåller sinnesreceptorer som reagerar på bland annat tryck och temperatur. Det innehåller nervfibrer som förmedlar sinnesintrycken till ryggmärgen och hjärnan. Dessa nervfibrer är utskott från nervcellkroppar som finns i bålen nära ryggraden. Det är mycket märkligt att en och samma nervfiber kan fungera vid cirka 5 °C i foten och vid cirka 40 °C i bålen. Olika delar av samma nervcell är alltså anpassade till radikalt skilda temperaturer. Man vet inte hur detta är möjligt.
Om fötterna riskerar att frostskadas eller rent av frysa till is, kan fågeln stänga av värmeväxlarna genom att leda venblodet tillbaka via ytliga vener, i stället för via värmeväxlarnas djupa vener. Då värms gångbenen upp av det varma arteriella blodet. Fågeln kan också värma upp benen genom att öka blodflödet till dem. Detta underlättas av så kallade arteriovenösa anastomoser i huden. Dessa för blod direkt från artärer till vener, utan att det passerar kapillärsystemen. Då minskar resistansen ("motståndet") mot blodflöde i huden, så att dess genomblödning ökar. Därmed värms huden snabbare och frostskador undvikes.
Värmeväxlare finns inte bara i fåglars gångben. De finns bland annat i gångben, ytteröron och svansar hos många däggdjur. Exempel är hundens gångben, valarnas fenor, hararnas öron, bäverns svans och till och med våra egna armar och ben. Fast vi klarar förstås inte av att hålla en temperatur på 5 °C i händer och fötter. Läs om hur slädhundar klarar kyla med värmeväxlare och om värmeväxlare som kyler hjärnan hos djur i hetta på andra sidor. Texten fortsätter under bilden.
 |
Flyghönan Pterocles namaqua står på marken i Sydafrika. Av dess skugga framgår att solen står högt på himlen. Bränner den fötterna på den heta marken? Flyghönsen är inte hönsfåglar utan tillhör en egen fågelordning. De lever bland annat i torra ökenområden. De flyger till vattenhål för att dricka vatten. Hanen har på bröstet fjädrar med spiralsnodda bistrålar. Dessa fjädrar absorberar vatten, som hanen sedan transporterar till de icke flygga ungarna. Courtesy of Bernard Dupont from Encyclopedia of Life under this CC License. |
|
Hur fungerar värmeväxlare i hetta?
Många djur kan, när de är överhettade, stänga av värmeväxlarna och samtidigt öka blodflödet till gångbenens hud, så som beskrivits ovan. De förvandlas då till radiatorer som avger överskottsvärme från kroppen. Värmeväxlarna stängs av genom att venblodet leds tillbaka via ytliga vener, i stället för via värmeväxlarnas djupa vener. Sådana ytliga vener syns som blåa streck på våra egna armar. Dessa vener syns knappt vid köldstress, men kan svälla upp vid värmestress Hos många däggdjur i varma klimat finns dessutom väl genomblödda ytförstorade kroppsdelar som är speciellt anpassade till att fungera som värmeradiatorer i hetta. Ett exempel är elefanternas öron.
Hur kan en fågel stå på ett hett plåttak utan att få brännskador?
Här hittar jag ingen vägledning i litteraturen. Det återstå då för mig att spekulera.
Ett hett solbelyst plåttak kan troligen anta temperaturer uppemot 40-50 °C eller mera vid en lufttemperatur på 30 °C . Takets temperatur påverkas naturligtvis av solhöjden. Ju högre solen står, ju intensivare blir solstrålningen. Takets temperatur påverkas också av dess färg. Ett svart tak absorberar mer synlig solstrålning än ett vitt. Vinden har också betydelse. Vid hög vindstyrka avges mer värme från taket med så kallad konvektion. En nackdel för fågeln är att plåtens metall har en mycket hög värmeledningsförmåga. Texten fortsätter under bilden.
 |
Fötter av småskrake (Mergus serrator). Eftersom de är stora och tunna, kan de ge stora värmeförluster, om de håller kroppens temperatur. Courtesy of David J. Stang from Wikimedia Commons under this CC Licence. |
|
Fågelns fötter innehåller inga muskler, utan huvudsakligen skelettben, bindväv, senor hud samt nervfibrer som mottar sinnesintryck. Generellt sett är fötternas vävnader förmodligen mindre värmekänsliga än muskler och inälvor. Fotens vävnader hos fåglar i kalla klimat har, som nämnts ovan, visat sig tåla åtminstone 5 °C . Gissningsvis klarar de också ganska höga temperaturer, men knappast mer än cirka 50 °C under längre tid. Det kan nämnas att smärttröskeln för smärtreceptorerna i människans hud ligger mellan ca 50 och ca 60 °C , olika i olika kroppsdelar och olika vid olika uppvärmningshastighet.
Fåglars temperatur i kroppens kärna, det vill säga i de inre delarna av huvudet och bålen är cirka 40-42 °C . Teoretiskt skulle en fågel kunna kyla fötterna genom att koppla ur värmeväxlarna i benen och kraftigt öka blodflödet till fötterna, eftersom taktemperaturen är högre än kärntemperaturen. Blodet skulle då sänka temperaturen i fötterna. Men detta skulle kunna leda till värmestress, eftersom det av taket uppvärmda blodet värmer upp kroppens kärna. Om jag vore en fågel, skulle jag hellre flyga min väg.
Är fåglarnas fotsulor isolerande som skosulor?
Det är tänkbart att vissa fåglars fötter är ganska väl isolerade mot värmetransport. Fåglar har ett tjockt hornlager på fotens undersida. Lagret består bara av dött material (hornämnen, keratiner) och leder värme ganska dåligt. Detta har visats vara av betydelse, när fåglar står på ett kallt underlag. Det bör då också vara det, när de står på ett varmt. Dessutom har många fåglar små utskott, papiller, på fotens undersida. Om foten vilar på papillerna, minskar den yta som är i kontakt med underlaget. Det finns data som tyder på att papillerna skyddar fågelfötter mot avkylning. I så fall skyddar de också mot upphettning.
Referenser
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (4th ed, Sinauer, 2018).
P. E. Hillman and N. R. Scott: Energy budget of the chickens foot (Journal of Thermal Biology 4:205-217, 1989).
I. Lennerstedt: Seasonal variation in foot papillae of wood pigeon, pheasant and house sparrow (Comparative Biochemistry and Physiology 51A:511-520, 1975).
U. Midtgård: Morphometric study of structures important for cold resistance in the arctic Iceland gull compared to herring gulls (Comparative Biochemistry and Physiology 93A:399-402, 1989).
A. Pertovaara et al.: Influence of skin temperature on heat pain threshold in humans (Experimental Brain Research 107:497-503, 1996).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
