Deze arctische zeehond heeft een warmtewisselaar in zijn neus

De baardrob (Erignathus barbatus), een grote arctische zeehond, heeft een neusholte die extreem goed is aangepast aan de koude en droge lucht van het poolgebied. Dankzij de structuur van zijn neusschelpen verliest hij bij 10 graden Celsius anderhalf keer minder warmte en vocht bij het uitademen dan zijn subtropische familielid de Mediterrane monniksrob (Monachus monachus), die precies even groot is. Bij -30° bespaart hij zelfs drieënhalf keer zoveel water. Noorse, Oekraïense en Britse wetenschappers publiceerden daarover in het Biophysical Journal.

Arctische dieren hebben allerlei vernuftige aanpassingen aan barre omstandigheden, van een dikke vacht of speklaag tot het verminderen van de bloedstroom naar ledematen. Maar ook de vorm van hun schedels weerspiegelt soms effectieve adaptatie. Van rendieren en noordelijke zeezoogdieren, zoals zeehonden en zeeotters, was al wel bekend dat hun neusschelpen opvallend sponsachtig zijn. Maar er was nog nooit eerder in detail aan gerekend, en al helemaal niet in vergelijking met subtropische familieleden. Rendieren en zeeotters vind je daar niet, maar sommige zeehondensoorten wel. Bijvoorbeeld de Mediterrane monniksrob, een van de zeldzaamste zeezoogdieren op aarde, met maar zo’n 500 resterende dieren.

Oppervlak van neusslijmvlies

De neusschelpen (niet te verwarren met neusvleugels) zijn botstructuren die horizontaal in de neusholte liggen. Ze zorgen voor vergroting van het oppervlak van het neusslijmvlies, dat de ingeademde lucht warmer en vochtiger maakt en ook stofdeeltjes en ziektekiemen invangt. Bij veel zoogdieren, waaronder hoefdieren en mensen, hebben deze botstructuren de vorm van een opgerolde perkamentrol, of een bekende tropische schelp: de vleugelhoorn of conch. Vandaar dat deze botstructuren bekendstaan als neusschelpen, of concha. Maar bij veel noordelijke zoogdieren, waaronder veelvraat, zeeotter en dus de baardrob, is die schelpvorm niet meer te herkennen. De hele neusholte is gevuld met zeer poreus bot, met tussenwandjes die minder dan een halve millimeter dik zijn.

In het slijmvlies dat die wandjes bedekt, lopen minuscule bloedvaatjes die warmte en vocht afgeven aan de ingeademde lucht. Dat doen ze via het tegenstroomprincipe, dat we ook kennen uit warmtewisselaars. Kort gezegd is de stroomrichting van het bloed tegengesteld aan die van de lucht, waardoor er over de hele lengte van elk bloedvaatje een temperatuurverschil is tussen lucht en bloed, en dus overal warmteuitwisseling kan plaatsvinden.

Bij het uitademen gaat de luchtstroom anders dan bij het inademen

Maar voor het arctische dier is het belangrijk dat die warmte wordt teruggewonnen tijdens het uitademen. Daarbij condenseert de waterdamp uit de afkoelende lucht weer tot water, dat dus niet verloren gaat maar het neusslijmvlies vochtig houdt.

De luchtstroom moet dus tijdens de uitademing anders verlopen dan tijdens de inademing, concludeerden de onderzoekers. Ze maakten een computermodel op basis van de vorm van het sponsachtige bot. Dat liet zien dat de uitgaande luchtstroom bij de baardrob inderdaad andere paden volgt dan de ingaande stroom. Het weefsel heeft niet alleen een groter oppervlak dan dat van de monniksrob, maar op 2D-doorsnee ook een grotere omtrek, ontdekten de onderzoekers. Dat alles verklaart waarom de baardrob zijn ademwarmte en -vocht zoveel beter vasthoudt.



Leeslijst