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空气是绝好的隔热材料
野生动物的御寒机制与体色、皮下脂肪、体型大小等因素有关,最重要的是皮毛。通过北极熊的皮毛,我们就能看出皮毛对于野生动物维持体温有着极其重要的作用。
马熊和黑熊到了冬天就要冬眠,而北极熊的雄性和没有怀孕的雌性是不冬眠的。因此,在北极圈零下几十摄氏度的寒冬,必须要保持体温。
北极熊周身覆盖着浓密的细短内毛和长长的外毛,外毛间的空隙可以保存大量不流动的空气。因为空气层是隔热的良好材料,可以防止体温的下降。
皮毛中的空气不易流动(难以传递温度),不会与外界的寒冷空气对流。因此,体表热量也不容易散失。
还有其他动物也像这样维持体温。比如说,生活在印度北部高山地带的克什米尔地区的克什米尔山羊,它们长长的硬毛下面长着细密的短毛,所以能在身上保存大量的不易流动的空气。因此,用这种羊绒制成的织物毛绒细密,柔韧性和保暖性都很好,被誉为“纤维中的宝石”。
北极熊的黑皮肤
北极熊拥有一身雪白的毛,所以,它还有个别名——“大白熊”。可它实际上却是一头“黑熊”,因为它的皮肤是黑色的,而看上去是白色的毛发其实是半透明的。太阳的热量能透过半透明的毛发,被黑色皮肤高效吸收,维持体温;而毛发间隙里的空气不易流动,又是热的不良导体,使热量难以向外散逸,起到了极强的保暖作用。
大体型更能耐寒
北极熊是世界上体型最大的熊。实际上,这么大的体型也是御寒的秘诀。
包括熊在内的哺乳类,以体内发热的方式来维持体温。体重不同,能产生的热量也就不同。体重越重的,体内的发热量就越大。而另一方面,体温会散失多少,则是由身体的表面积决定的。体表面积越大,散失的体温也就越多。
因此,生活在寒冷地区的动物,体型越大,相对于体重的表面积就越小,与发热量相对的放热量也就越小,便于维持体温。这个定律以它的提出者卡尔·伯格曼的名字来命名,称为“伯格曼法则”。
实际上,与生活在寒带的北极熊相比,居住在温带的黑熊体型稍小,居住在热带的马来熊则更小。
毛发间积蓄着空气!
为提高保温性,北极熊的毛里还藏有一个窍门。
在显微镜下观察北极熊的单根皮毛,发现它的结构就像麦秆和吸管一样,是管状的。这样,毛发内部也能存放空气,它的隔热性能就更好了。
大多数哺乳类动物的每根毛发都有三层构造,最外层覆盖着薄薄的保护层,叫作毛小皮。毛小皮是一层叫作“毛鳞片”的物质,这个名词经常在洗发水广告上听到吧。毛小皮里面是皮质层,中心是髓质层。而北极熊每根毛的中心没有髓质,是中空的,里面充满着不流动的空气。
北极熊就是靠这样奇特的长毛来保存大量不易流动的空气,又利用毛的内芯存积空气来提高保温性能,以此来抵御严寒。我们人类为了提高防寒服的保温性能,受北极熊的皮毛的启发,用最先进的微细加工技术制作出了中空纤维。这种纤维与以往的纤维比,更轻巧、更保暖。
水是防寒的大敌!
即使覆盖着隔热性卓越的体毛,如果被水淋湿,也会大量散失体表热量。这是因为皮毛被水淋湿后,隔热性能就会变差,而且水蒸发时会吸收身体的大量热量。所以被淋湿后,体温就会快速下降。
北极熊追逐捕食海豹时,有时要潜入海中,身体完全湿透了,体温岂不是会很快散失掉?
别紧张,不会啦!北极熊的毛又长又密,即使潜入水中,也无法接触到皮肤。而且,北极熊的毛很容易干,它们只要抖动一下身体,利用惯性,就能把身上的水甩干。
除了北极熊外,还有许多动物也具有这种特征,比如企鹅。企鹅为了觅食要频繁地潜入海中,但它的皮肤几乎不会被弄湿。企鹅的尾巴根部有能分泌油脂的分泌腺,叫作尾脂腺,它们用嘴沾取油脂,涂到身上。企鹅用油脂隔水,羽毛间又能保存空气,因此能在南极的严寒中生存下来。
我们的防寒服中,有些衣服外层就使用防水性好的化学纤维,里层填入能保存空气的超细纤维棉,这样就能大大增强了其保暖性。
地区越寒冷,动物身体突出器官越短小
动物太大的表面积是维持体温的大忌。因此,生活在越是寒冷地区的动物,它们的耳、头、脚、尾等的突出器官越小。突出器官越大表面积就越大,会散失更多的热量,难以维持体温。这个定律用提出者J.A.ALLEN的名字来命名,叫作“阿伦法则”。
例如,生活在温带的日本猿的尾巴只有10厘米左右,而生活在热带东南亚的日本猿近亲食蟹猴的尾巴就长得多,表面积也变大了,这便于散热降温。
除此之外,北极熊的耳朵与其他熊类相比也小得多。这些特征都是为了适应栖息地的环境而进化来的。