氷の上を裸足で歩き回るペンギン。
あの足、どう見ても凍りそうなのに、本人は平気な顔をしています。仕組みを知ると、なかなかよくできていました。
実は、行きの血液と帰りの血液で熱を交換している
ペンギンの足の付け根では、足へ向かう動脈と、足から戻る静脈が網目のように密着して走っています。
ここで何が起きるか。
体から足へ向かう温かい血液が、足から戻ってくる冷たい血液を温める。同時に、足へ向かう血液自身は冷やされる。すれ違いざまに熱を渡し合っているわけです。
この仕組みを対向流熱交換と呼びます。
ポイントは「足を温める」ではなく「熱を捨てない」
この構造には、2つの利点があります。
ひとつは、足から戻る冷たい血液が体の中心部を冷やさずに済むこと。もうひとつは、足へ届く血液の温度があらかじめ下がっているため、足の表面から外へ逃げる熱そのものが少なくなることです。
つまりペンギンの足は、温かく保たれているのではありません。熱を無駄にしないために、あえて冷たく保たれているのです。
外気との温度差が小さいほど、熱は逃げにくい。理にかなっています。
凍らないぎりぎりを狙っている
ペンギンの足の温度は、氷点をわずかに上回るあたりに維持されているとされます。凍らない範囲で、できるだけ冷たく。かなり攻めた設定です。
さらに、足へ流れる血液の量を調節する機能も備えています。寒いときは血流を絞って熱の流出を抑え、逆に暑いときは血流を増やして熱を逃がす。足は放熱器の役割も兼ねているわけです。
おまけ：同じ仕組みは他の動物にもある
対向流熱交換は、ペンギンだけの発明ではありません。
- 北極圏に暮らすキツネやトナカイの脚
- 水鳥の水かき
- クジラやイルカのヒレ
冷たい環境で体温を守る必要がある動物に、広く見られる仕組みです。
ちなみに人間の手足には、ここまで発達した構造がありません。氷の上に素足で立てばあっという間に体温を奪われます。ペンギンと同じ真似はできない、ということです。
明日、こう話せる
水族館や動物園でペンギンを見たときに使えます。「あの足さ、行きと帰りの血管がくっついてて、お互いの温度を交換してるんだよ」。
仕組みの話なので、子ども相手でもそのまま通じます。「だから足は冷たいままでいいんだって」と付け加えると、話がきれいに落ちます。
参考
- 動物生理学における対向流熱交換（counter-current heat exchange）の解説
- 各国の動物園・水族館によるペンギンの生態解説
