Как уши слона помогают отдавать тепло

Большие уши африканского слона участвуют в теплообмене. Их обширная поверхность и сеть кровеносных сосудов позволяют передавать тепло от крови окружающей среде. Расширение сосудов и движения ушей меняют условия этой передачи. При этом температура отдельных участков уха может различаться, а вся система охлаждения животного не ограничивается ушными раковинами.

Чтобы понять роль ушей, полезно разделить три величины: температуру поверхности, количество отдаваемого тепла и температуру внутри тела. Исследователи измеряли и рассчитывали их разными способами. Обычный наружный снимок показывает форму органа, но не заменяет такие измерения.

Большая поверхность и регулируемый кровоток

У африканского слона крупные ушные раковины с развитым кровоснабжением. Большая площадь относительно объёма органа делает их подходящими для обмена теплом. Сосуды могут сужаться и расширяться, изменяя поступление крови в поверхностные участки.

Если поверхность теплее окружающей среды, она может отдавать ей тепло. Величина этой передачи зависит от условий, включая разницу температур и движение воздуха. Поэтому один и тот же размер уха не задаёт постоянную мощность охлаждения при любой погоде.

Словосочетание «тепловое окно» обозначает участок тела, через который тепло обменивается с внешней средой. Оно не требует настоящего отверстия в коже. Также такое окно может занимать лишь часть ушной раковины, а не всю её поверхность одновременно.

Что показала съёмка температуры ушей

В исследовании 1992 года наблюдали четырёх самок африканского слона. Температуру поверхности ушей измеряли методом инфракрасной термографии. Он позволяет получить изображение распределения температуры вместо обычной записи видимой формы и цвета.

По этим данным вычисляли мгновенные потери тепла в наблюдавшихся условиях. Отдельно построили модель теплообмена плоской вертикальной пластинки и сопоставили её с полученными величинами. Расчёт показал большой возможный вклад движений ушей и расширения сосудов в отдачу тепла.

Однако измерение одной стороны одного уха и модель возможностей всей системы — разные результаты. Нельзя превращать расчётный предел в утверждение, что каждый слон постоянно охлаждается только ушами. Условия опыта, площадь расчёта и способ движения сохраняют значение.

На тепловых изображениях распределение температуры по ушной раковине менялось вместе с температурой среды. Это подтверждает, что орган работает неоднородно: одинаково большая наружная поверхность не означает одинаковую температуру каждой её точки.

Тёплые участки появляются не только на ушах

Работа 2010 года прослеживала тепловые изображения шести африканских слонов в зоопарке. Исследователи обнаружили отдельные хорошо кровоснабжаемые тёплые участки на поверхности тела и чётко отграниченные горячие области на ушных раковинах.

Частота появления таких участков увеличивалась с температурой окружающей среды и массой животного. Авторы предположили, что усиление кожного кровотока в отдельных областях позволяет гибко подстраивать отдачу тепла под текущие потребности.

Это объяснение наблюдаемой картины, а не прямое измерение каждого механизма управления сосудами. Исследование также касалось определённых умеренных условий. Его нельзя без проверки переносить на любую сильную жару или считать доказательством одинакового распределения температуры у всех слонов.

Температура внутри тела меняется отдельно

В опубликованной в 2012 году работе сравнивали суточную температуру внутри тела азиатских слонов в Таиланде и Германии. У одиннадцати животных в более тёплых условиях суточные колебания были больше, чем у шести животных в более прохладных условиях.

Различие складывалось из более высокого дневного максимума и более низкого ночного минимума. Авторы описали это как накопление части тепла днём с последующей отдачей в прохладные ночные часы.

Этот результат касается другого вида и внутренней температуры. Он помогает увидеть, почему уши следует рассматривать как часть общей терморегуляции. Тёплый участок кожи, движение ушной раковины и суточное изменение температуры тела описывают разные стороны процесса. По одной фотографии раскрытых ушей нельзя определить величину теплоотдачи или состояние всего организма.