Hvordan stopper kejser Penguin Dads deres æg fra at fryse?

De er blevet stjernerne i mange af en naturdokumentar og tegneserie, elskede for deres fluffiness og upåklagelig waddle. Men når det kommer til avl, kan du sige, at kejserpingviner har trukket det evolutionære korte halm. Som om livet ikke allerede var hårdt nok i det for det meste skrøbelige antarktiske landskab, de beboer, er disse fugle også nødt til at opdrætte om vinteren, når de skal beskytte deres æg mod sne og brølende vind, for ikke at æggene bliver til isterninger.

Denne uges episode af BBC America's "Dynasties" følger en koloni af kejserpingviner (Aptenodytes forsteri) da de kæmper med dette uvurderlige klima for at holde deres skrøbelige æg i live.

Kejseren er faktisk den eneste pingvinart, der følger den risikable strategi med at avle udelukkende om vinteren, hvilket de gør i store kolonier med flere tusinde fugle. Mens de kvindelige fugle drager ud i havet i måneder for at genopfylde sig med fisk, efter at de hver lægger et enormt æg, forbliver hannerne bagved og inkuberer hvert æg, efterhånden som temperaturen bliver stadig mere frigid på den flade is, hvor de bor. [I fotos: Emperor Penguin's smukke og ekstreme avlssæson]

Årsagen til deres vinteropdræt kommer ned på nogle meget stramme planlægningsbegrænsninger. Når adskillige tusinde ruger ankommer i en pingvinkoloni, kræver de tonsvis af fisk, blæksprutte og krill som næring. Men det er kun tilgængeligt i foråret, når de store strækninger med frossent hav, der adskiller kejserpingviner fra havkanten smelter og går i stykker.

Og fordi det inkuberer et æg tager omkring fire måneder, "det betyder, at man starter det om vinteren, så kyllingen bliver så tidsbestemt til at klekkes, når der er maksimale ressourcer i nærheden i havet," sagde Philip Trathan, chef for konserveringsbiologi hos de britiske Antarktis undersøgelse. "Hvis [pingviner] vandrede over 200 kilometer havis hver fodertur, ville de bare ikke have tid til at gøre det," fortalte han .

Saddled med den enorme opgave at beskytte deres unge mod snestormer og temperaturer i undergrænsen, er kejserpingvinfarene i det væsentlige blevet omdannet af evolution til vandrende varmtvandsflasker.

Til at begynde med er fuglene næsten fuldstændigt dækket af et tæt lag fjer, der er flere centimeter tykke, hvilket isolerer deres egne kroppe og deres unge. Ligesom mange pingvinarter er en kejser også udstyret med en klap med nøgen hud på underlivet, kaldet "stampose", der beskytter æget. En fugl afbalancerer kunstigt et æg på fødderne, presser det op mod denne blotte hud og dækker derefter ægget over med en ujævn fold mavefjerdrag, der fuldstændigt isolerer afkom fra den frosne verden udenfor.

Direkte kontakt med huden opvarmer ægget via blodkar, der ligger lige under overfladen, sagde Dominic McCafferty, en termisk økolog ved Glasgow University i Skotland. Opvækstposen har også en biologisk bonus. "Huden i sig selv er meget rig på temperaturfølsomme neuroner, der henter temperaturen på [ægget]," fortalte McCafferty. Det stemmer kejseren far til deres kyllinger velbefindende og advarer dem, når æg har brug for lidt ekstra dækning for at holde dem hyggelige.

Men alt dette er afhængig af, at faderpingvinen kan opretholde sin egen isolering til gavn for sig selv og sin unge. ”En af de flere tilpasninger, som kejserpingvinerne især har, er denne evne til ikke mister varmen til det omgivende miljø, "sagde Michelle LaRue, underviser i Gateway Antarctica i afdelingen for geografi ved University of Canterbury i New Zealand, der er specialiseret i antarktisartens befolkningsdynamik. En del af det er at sikre, at de har så lidt kontakt med isen som muligt. [Hvorfor er Ice Slippery?]

For at opnå dette løfter fuglene fødderne af isen, læner sig tilbage i hæle og støtter sig med haletippene. "De har denne slags lignende stativ med to fodhale, så de eneste ting, der berører isen, er deres hæle og deres hale - hvilket jeg synes er utroligt," fortalte LaRue. "De ser ud som om de er i en gyngestol!" De vedtager denne holdning i flere måneder for at beskytte deres kyllinger. "De er utroligt modstandsdygtige. Jeg er ærefrygt over den måde, de lever på," tilføjede LaRue.

Termiske billeddannelsesundersøgelser viser, at fuglenes kroppe kun mister små mængder varme, hovedsageligt gennem næb, øjne og fødder. Deres fjer er dybest set en utrolig sofistikeret dunjakke, der "holder centrum varmt, men giver meget lidt varme mulighed for at overføre gennem fjerene ud til overfladen," sagde McCafferty, der studerer temperaturregulering hos disse fugle. Faktisk har han vist i sin forskning, at overfladen på fuglenes fjer faktisk er sej - hvilket antyder, at de næsten ikke fører varme til omverdenen; det hele er fanget indeni.

"Dette fortæller os, at deres isolering fungerer meget, meget godt," sagde McCafferty.

For ekstra varmeforsikring i de lange måneder på isen bruger farsfuglene en sidste taktik: gruppekrammer. Kejserpingviner er berømte for at skabe enorme kram, hvor hundreder af fugle sidder sammen i en konstant cirkulerende masse for at sikre kollektiv varme. Den underliggende dynamik i disse store grupper er så kompleks, at mange biologer stadig prøver at forstå, hvordan samlingerne fungerer, sagde McCafferty.

Men forskere ved, hvorfor fuglene gør det. "Deres rene kropsvarme er i stand til at hæve temperaturen i luften inden i kruset," sagde McCafferty og tilføjede, at en gruppe franske forskere har registreret lufttemperaturer på mere end 95 grader Fahrenheit (35 grader Celsius) over kramningen.

Midt under subzero-forhold kan den imponerende varme fra kruset hjælpe kejserfar med at bremse deres stofskifte og reducere energiforbruget, så de kan fortsætte med at varme deres dyrebare afkom, forklarede McCafferty.

Mens det fælles motiv i naturdokumentarer af pingviner, der er krøllet mod hylende vind, kan være designet til at trække i vores hjertestreng, sagde McCafferty, at vi ikke behøver at være synd med disse fugle eller deres små kyllinger. For mennesker ville alt under 20 ° C føles lidt køligt, men "denne komfortzone for kejserpingviner strækker sig sandsynligvis ned til noget som minus 10 ° C," sagde han.

”De er meget godt tilpasset til disse miljøer, og de er meget succesrige med det, de gør,” sagde han. Disse dedikerede pingvinfar, der formår at opdrætte deres unge på sandsynligvis det hårdeste sted på Jorden, er bestemt et bevis på det.

Fortalt af Sir David Attenborough giver BBC America's "Dynasties" seerne et tæt-og-personligt blik på familielivet hos fem af de mest berømte og truede dyr på planeten. Den fjerde episode, "Emperor", har premiere lørdag (16. februar) på BBC America kl. EST / 8 p.m. CST. Seerne kan se den første episode, "Løve," gratis online.

• Hvordan fryser en person til døden?
• Hvordan kan kogende vand blive til sne?
• Hvorfor er der så mange duer?

Oprindeligt offentliggjort den .