Warmteregeling

1. Warmteretentie
1. Lichaamsoppervlak
2. Stofwisselingssnelheid
3. Vetlaag
4. Tegenstroom warmteuitwisselingsmechanisme
2. Homeothermie

Net als alle zoogdieren zijn dolfijnen warmbloedige dieren. Ze moeten een constante lichaamstemperatuur (homeothermie) van rond de 36-37 graden Celsius, net als de menselijke lichaamstemperatuur. Men kan zich afvragen: hoe speelt een dolfijn het klaar om te leven in de lage temperatuur onder water en toch een lichaamstemperatuur van 37 graden te houden?

Het is inderdaad erg moeilijk om de warmte in het dolfijnenlichaam te houden onder water, omdat water de warmte uitstekend geleidt en een grote warmtecapaciteit heeft; het kan de warmte vijfentwintig keer zo snel afvoeren als lucht. Er gaat ook lichaamswarmte verloren bij het uitademen van warme lucht, en ook wanneer de feaces en de urine worden uitgescheiden.

Dolfijnen zijn niet in staat om hun lichaamswarmte te behouden zoals landzoogdieren dat doen, door zich op te rollen, tegen elkaar aan te kruipen, nesten te bouwen, beschutting te zoeken of door te migreren naar warmere regio's. Dolfijnen hebben ook geen haar of vacht die hen tegen de kou beschermt, zoals andere zoogdieren dat wel hebben. Ze hebben echter hun eigen manieren ontwikkeld om het warmteverlies tot een minimum te beperken.

Warmteverlies door het lichaamsoppervlak is het grootste bij dolfijnen. Om dit verlies te beperken, hebben dolfijnen een lage oppervlakte-inhoud ratio. De stroomlijning en de kleine voorste ledematen en het ontbreken van de achterste ledematen, dragen allemaal bij aan het zo klein mogelijk houden van het lichaamsoppervlak.

Dolfijnen hebben een hogere metabolische snelheid dan landzoogdieren van vergelijkbare grootte, hetgeen inhoudt dat er meer en sneller energie wordt geproduceerd. Een groot deel van deze energie wordt omgezet in warmte en dat helpt bij het op peil houden van de lichaamstemperatuur. De hoge stofwisseling helpt dolfijnen om warm te blijven in koud water.

De afwezigheid van een vacht bij dolfijnen wordt gecompenseerd door een dikke laag vet in de onderste huidlaag, een speklaag. De speklaag is een uitstekende warmte-isolatie. De warmtegeleiding van spek is erg laag en de warmteuitwisseling gaat daardoor erg langzaam. Slechts tien procent van de lichaamswarmte gaat via deze weg verloren.

In de speklaag zijn de slagaders die naar de huid lopen omgeven door spiralen van aders. De speklaag zelf moet ook wat bloed krijgen om zijn eigen weefsel van zuurstof te voorzien, maar als het bloed op lichaamstemperatuur zou zijn, zou dat een aanzienlijk verlies van lichaamswarmte veroorzaken. Daarom fungeren de spiraliserende bloedvaten, ook wel bekend als de peri-arteriële adernetwerken als tegenstroom-warmteuitwisselaars.

Dit basismechanisme is aanwezig in veel landzoogdieren, inclusief de mens. Het tegenstroomsysteem is een aanpassing van het bloedvatenstelsel die het optredende warmteverlies beperkt wanneer het bloed naar de verschillende delen van het lichaam stroomt.

Het systeem kan het best worden begrepen door een kachel te bestuderen die in een isolerend omhulsel staat. Pijpen leiden warm water van de kachel naar een kouder deel van het omhulsel en dan weer terug naar de kachel in een gesloten circuit. Buiten de isolatie zal warmte verloren gaan en dus is het terugkerende water koud. Om onnodige verliezen te voorkomen, moet je ervoor zorgen dat de aanvoerende en afvoerende pijp in nauw contact staan zodat zij warmte kunnen uitwisselen. Daardoor zal er minder warmte verloren gaan.

Het systeem werkt op dezelfde manier bij dolfijnen. De aderen van de dolfijn, die overeenkomen met de terugvoerende pijp, voeren het koude bloed terug naar het hart. Onderweg komen ze echter in nauw contact met oppervlakkige slagaders (de aanvoerpijpen) die leiden naar de huid van de vinnen en de staart. Het bloed warmt op doordat er een warmteuitwisseling is met het slagaderlijke bloed. Bij dolfijnen is dit systeem zo aangelegd dat de slagaders volledig zijn omgeven door een netwerk van aderen, waardoor de efficiëntie van de tegenstroom-warmteuitwisseling vergroot wordt.

Er kunnen zich natuurlijk schommelingen in de omgevingstemperatuur voordoen en dolfijnen moeten zich daaraan kunnen aanpassen. Dolfijnen kunnen soms hete gevaar lopen oververhit te raken. Dit kan gebeuren als het water om hen heen plotseling warmer is dan de gebruikelijke temperatuur. Een andere mogelijkheid is dat de dolfijn plotseling heel actief wordt. Onder deze twee omstandigheden heeft de dolfijn teveel lichaamwarmte opgebouwd en kan hij het overschot niet snel genoeg kwijtraken. Oververhitting kan het gevolg zijn.

Daarom speelt homeothermie een belangrijke rol in de regulatie van de lichaamstemperatuur. Het hangt bijna geheel af van de staart en de rugvin, omdat zij veel bloedvaten bevatten en weinig speklaag isolatie hebben.

Als de interne lichaamstemperatuur stijgt, verwijden de grote aderen zich die door de speklaag naar de huid voeren, waarbij grote hoeveelheden bloed worden doorgelaten. De huid zal hierdoor opwarmen en de warmte zal snel aan de omgeving worden afgegeven.

Als de interne lichaamtemperatuur van de dolfijn daarentegen daalt, trekken de aderen die naar de huid voeren zich samen, waardoor zij de doorbloeding van de huid verminderen en het warmteverlies beperken.

Het lijkt aannemelijk dat de verwijding en de constructie van de vaten onder controle staat van het autonome zenuwstelsel, dat onder andere, de lichaamstemperatuur aanstuurt.

Bibliography

Bonner, Nigel. Whales of the World. New York: Facts on File, Inc., 1989.

Cousteau, Jacques. Whales. New York: Harry N. Abrams, Inc, Publishers, 1988.

Harrison, Sir Richard, et. al. Whales, Dolphins and Porpoises. New York: Facts on File, Inc., 1994.