北极海豹有特殊的鼻子

适应寒冷的气温是北极海豹生存的关键。这些适应性不仅体现在厚厚的鲸脂层上，还体现在鳍足类动物的鼻子上。12 月 14 日发表在《生物物理学杂志》上的一项研究发现，北极海豹的鼻腔比生活在较温和地区的海豹更复杂。

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空气变暖

在寒冷干燥的地方，动物在呼吸时会失去水分和热量。温暖潮湿的空气对肺功能很重要，因此吸入冷空气会危害肺部，并使人类更容易感染呼吸道病毒。为了尽量减少风险，大多数鸟类和哺乳动物的鼻腔内都有复杂的骨骼，称为上颌鼻甲。这些多孔的骨架上覆盖着粘液和组织，可以加热和加湿吸入的空气。上颌鼻甲还可以减少生物体呼气时失去的热量和水分。

研究人员认为，鼻子结构有助于北极海豹在吸气和呼气时有效地保持水分和热量。

“由于鼻腔中存在这种复杂的结构，当暴露在相同条件下时，北极海豹通过鼻腔热交换损失的热量比亚热带海豹少，”研究合著者、挪威科技大学物理化学家 Signe Kjelstrup 在一份声明中表示。“这提供了一种进化优势，特别是在北极地区，热量损失就是能量耗散，必须通过食物来补充。”

据 Kjelstrup 介绍，北极海豹在呼吸时会保留空气中 94% 的水分。它们吸气时加入空气中的大部分水分会在呼气时被重新吸收。

“在地中海中部找不到驯鹿”

上颌鼻甲的结构因物种而异。驯鹿的鼻子也能有效地交换热量，但由于它们只存在于较冷的气候中，因此 Kjelstrup 的团队将研究重点转向了海豹。

“地中海中部找不到驯鹿，但海豹生活在许多不同的环境中，所以它们让我们可以测试这个问题，”Kjelstrup 说。“我们从之前的研究中得知，北极海豹的鼻子像海绵一样，非常致密，而地中海海豹的鼻子结构更开放。”

在这项研究中，研究小组利用计算机断层扫描技术创建了两种海豹——北极髯海豹 ( Erignathus barbatus ) 和地中海僧海豹 ( Monachus monachus ) 的鼻腔 3D 模型。接下来，他们使用能量耗散模型来比较每种海豹在吸气时如何更好地加热和湿润空气，以及在呼气时如何减少热量和水分的流失。

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他们在北极-22°F和地中海僧海豹约50°F（相当于寒冷天气）条件下测试了这两个物种的鼻子模型。他们还调整了模型中的不同参数，以突出鼻腔的关键几何特征。

根据该模型，北极髯海豹在北极和亚热带温度下保持热量和进行水交换的效率更高。在 -22°F 时，地中海僧海豹每次呼吸损失的热量是髯海豹的 1.45 倍，水分是髯海豹的 3.5 倍。在 50°F 时，地中海僧海豹损失的热量是髯海豹的 1.5 倍，水分是髯海豹的 1.7 倍。

北极海豹的鼻腔更复杂、更致密，这似乎为其提供了优势。具体来说，研究小组发现，北极海豹上颌鼻甲的周长增大是限制较低环境温度下能量耗散的关键。

虽然这项研究关注的是一次吸气和呼气的热量损失，但呼吸频率在其中的作用仍不清楚。这些呼吸周期对海豹来说尤其复杂，它们在潜入水下和冰层时会暂停呼吸几分钟。