2008.4.28 中時生活網
企鵝的腳為什麼不會結冰(書摘)
《新科學家》週刊策劃
Q：企鵝的腳為什麼不會結冰或凍傷？
南極企鵝長年在冰天雪地裡踩著冰雪，為什麼牠們的腳不會凍壞呢？幾年前，我聽說科學家發現企鵝的雙腳具有側枝循環（collateral circulation），可使牠們的腳免於凍傷，但卻不見有人對此提出更深入的資訊或解釋。儘管我也請教了研究企鵝的科學家，就是沒有人能夠回答這個問題。
——佩特（Susan Pate），來自澳洲昆士蘭
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企鵝和其他生活在寒冷氣候的鳥類一樣，有本事避免損失過多熱量，並把體溫維持在攝氏四十度左右。腳的問題就比較特別，因為雙腳無法用羽毛或脂肪這類隔熱物質來保暖，而且表面積又大（生活在寒帶的哺乳動物，例如北極熊，也有類似的麻煩）。
有兩種機制可以幫企鵝保暖。首先，企鵝能改變供應血液的動脈血管直徑，藉此調控流向雙腳的血液流量，即天冷時流量減少，天暖時流量增加。人類也能這麼做，因此我們感覺冷的時候，手腳就變得蒼白，暖和的時候則紅潤起來。這樣的調控作用非常複雜，牽涉到腦中的下視丘及多種神經與內分泌系統。
其次，企鵝的腿部上方也具有「逆流熱交換器」的功能。負責把溫暖血液送到雙腳的動脈會分支成許多小血管，這些小血管緊挨著數目相近的靜脈血管，熱量便從動脈小血管裡的溫暖血液，傳送到靜脈血管裡從雙腳回送的冰冷血液，所以幾乎沒有什麼熱量會往下送到雙腳，減少熱量損失。
冬天的時候，企鵝的雙腳保持在冰點以上一、二度，一來盡可能減少熱量損失，二來避免凍傷。鴨子和鵝的腳也有類似的狀況，不過如果讓牠們待在室內、度過幾個禮拜的暖和日子，再把牠們丟到冰天雪地裡，牠們的腳也許就會凍得不聽使喚了，因為生理機能已經適應了溫暖環境，使得身體幾乎不讓血液流向雙腳，腳的溫度因而降到冰點以下。
——戴文波特（John Davenport），來自英國昆布雷島的大學海洋生物站
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到底有沒有側枝循環，這一點我無從置喙。不過企鵝腳會不會凍僵這個問題，一部分的答案倒是有個好玩的生化解釋。
一般而言，氧和血紅素的結合是劇烈的放熱反應，即血紅素分子把自己和氧湊在一起時（稱為氧合作用），就會釋放出一定的熱量（以DH表示）。而在逆向反應中，血紅素把氧釋放出來的時候（稱為脫氧作用），通常會吸收等量的熱。然而因為氧合作用與脫氧作用發生在生物體內的不同部位，不同的分子環境（例如酸度）就會造成總體熱量的損失或增加。
DH的實際值會因物種而異。以南極企鵝的情況來看，牠們必須不計一切使得冰冷外圍組織（包括雙腳）之DH值遠小於人類。這麼做有兩個好處，首先，牠們的血紅素在雙腳進行脫氧作用時，吸收的熱量比較少（因為DH值很小），雙腳凍傷的機會因而降低。
第二個好處則是拜熱力學定律之賜。以任何可逆反應來說，包括血紅素吸收或釋放氧的作用在內，低溫都有利於放熱反應（氧合作用），而不利於吸熱反應（脫氧作用）。因此在低溫之下，多數物種的血紅素會把氧抓得更緊，比較不會輕易放掉。所謂「相對適合的DH值」，意謂在冰冷的組織裡，血紅素對氧的親和力不至於高到與氧難分難捨的地步。這種「DH值因物種而異」的現象，還有其他好玩的結果。某些南極魚類把氧釋放出來的時候，反而會放出熱量。鮪魚就是個極端的例子，牠們的血紅素和氧分離時釋放的熱量之高，使牠們的體溫比周遭環境高出攝氏十七度。原來魚類終究不是那麼冷血的呢！
之所以有這種相反的現象，是因為這些動物需要減少因代謝過盛而產生的熱量。例如具有遷徙習性的水雞，牠們血紅素氧合作用的DH值就比溫馴的鴿子高出許多，可以散掉過多的熱量，因此水雞能夠長距離飛行而體溫不致過高。
最後，媽媽肚子裡的胎兒也需要設法散熱，而小寶寶與外界唯一的聯繫就是媽媽供應的血液。胎兒血紅素的DH值低於母親的血紅素，使得氧離開媽媽血液時吸收的熱量大於氧和胎兒血紅素結合時所放出的熱，於是寶寶要散逸的熱量就傳給母親的血液而離開胎兒。
——庫柏和威爾森（Chris Cooper and Mike Wilson），來自英國埃塞克斯大學
(更多精采內容，請詳見遠流出版出版《企鵝的腳為什麼不會結冰》)
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