டௌகன் பறவைகளுக்கு ஏன் அலகு பெரிதாக உள்ளது?

மூக்கை வைத்து ஒருவர் என்ன செய்யலாம்? வாழ்கையில் சுவாசிக்கலாம். மெகாசீரியல் மாந்தராக இருந்தால், ஆண் பெண் வித்தியாசமின்றி, அழுது சிந்தலாம். எகிப்தின் கிளியோபாட்ராவாக இருந்தால், ரோமை ஆளலாம். அதே எகிப்தின் ஸ்பிங்ஸ்சாக இருந்தால், மூக்குடைந்த தன் சிங்க உடல் மனித முக உருவத்தை உலகின் அதிசயங்களில் ஒன்றாக தேர்வு செய்து உவகிக்கலாம். வானியல் அறிஞர் டைகோ பிராஹேவாக இருந்தால், பேச்சுவார்த்தை முற்றுகையில் மூக்கை கழட்டி பாலிஷ்செய்து எதிரியின் கவனத்தை கலைக்கலாம். அவருக்கு இளவயதில் கத்திச்சண்டையில் மூக்கு அறுபட்டு, பிறகு பொய் மூக்கு பொருத்தப்பட்டதாம். நம்ம தேவனின் துப்பறியும் சாம்புவாக இருந்தால், மூக்கை நீவிவிட்டுக்கொள்ளலாம். ஏதாவது துப்பு உதிக்கும். அநேகமாக தவறாக இருக்கும். புலௌ புலௌ பொம்பா தீவில் வசிக்கும் பிரோபோசிஸ் குரங்காக இருந்தால், தன் மூக்கின் வடிவம் டின்டின் (tintin – இதை ’இட்டின்ட்டின்’ என்று எழுதுவதாக இல்லை) காமிக்ஸ் வில்லன் ராஸ்டபாப்புலசுடன் ஒப்பிடப்படும் அவலத்தை அடைய நேரிடலாம்.

மூக்கு வாய் இரண்டும் ஒருங்கே தன் பெரிய அலகில் கொண்டுள்ள டௌகன் பறவையாக இருந்தால்?

இது என்ன கேள்வி. பெரிய அலகை வைத்து தன் உடல் சூட்டை தணித்துக்கொள்ளும். ஜீலை 2009 சயின்ஸ் ஆராய்ச்சி சஞ்சிகையில்கூட புரஃபசர் டாட்டர்ஸால் அட்டகாசமாக வீடியோவுடன் விவரித்து இதைப்பற்றி ஒரு கட்டுரை வந்துள்ளதே, பார்க்கவில்லையா நீங்கள் என்கிறீர்களா. பார்த்துவிடுவோம்.

[ஒரு இடைக்குறிப்பு: இனி கட்டுரையில் வெப்பம், சூடு என்றால் ஹீட் அல்லது வார்ம் (இடத்திற்கு தகுந்தாற்போல). வெப்ப ஆற்றல் என்றால் ஹீட் எனர்ஜி. வெப்பநிலை என்றால் டெம்பரேச்சர். வெப்பப் பரிமாற்றம் என்றால் ஹீட் டிரான்ஸ்ஃபர் (இதை வெப்ப அனுப்புகை என்று தற்சமயம் சொல்வதாயில்லை). தெர்மாமீட்டர் கொண்டு அளக்கப்படுவது வெப்பநிலை. வெப்பப் பரிமாற்றம் (கன்டக்‌ஷன், கன்வெக்‌ஷன் மற்றும் ரேடியேஷன் என்று வகைப்பட்டு), இரு வெப்ப நிலை வித்தியாச இடங்களினூடே நிகழ்வது.]

[கட்டுரை தொடர்கிறது] உயிரினங்களை குளிர்ந்த மற்றும் சூடான இரத்தவோட்டமுடையவையாக பிரிக்கலாம். தெரியும். இதில் சூடான இரத்தவோட்டமுடையவை சூழ்நிலை தட்பவெப்ப மாற்றங்களினால் தங்கள் உடல்சூடு, வெப்பம்நிலை, மாறாதிருப்பவை. அநேக விலங்குகள், பறவைகள், மனிதன் இவ்வகை. உடம்பை கிட்டத்தட்ட ஒரே சூட்டில், வெப்பநிலையில் (~ 37 C) வைத்துக்கொள்ளமுடியும்.

உண்ணும் உணவைக்கொண்டு மெடபாலிச இரசாயனமாற்றங்களினால் எந்நேரமும் உடம்பில் ஆற்றல் உருவாகிக்கொண்டே இருக்கிறது (மெட்டபாலிசத்தை உபசய-அபசயம், ஜீவதத்துவ பரிணாமம் என்றெல்லாம் குறிப்பிடுவதாக இல்லை. படிக்கும் சிறுவர்கள் ரோடில் பார்த்தால் கல்லெறிவார்களோ என்று பயம்). வாழும் ஒவ்வொரு நொடியிலும் இந்த ஆற்றலில் உடலின் அனைத்து தேவைகளுக்கும் போக மீதியுள்ளதை உடல் வெளியேற்றவேண்டும். வெயில், மழை, குளிர் இரவு பகல் என்று சூழ்நிலைகளுக்கு ஏற்றவாறு அதிகமாகவோ கம்மியாகவோ செய்யவேண்டும். இல்லையென்றால் உடல் சூடாகிக்கொண்டேபோய்விடும். தேவைக்கதிகமாக வெளியேற்றினால் உடல் குளிரத்தொடங்கும். ஆங்கிலத்தில் ஹாட் பேப், கூல் டியூட் என்பதற்கெல்லாம் புதிய அர்த்தம் கிடைத்துவிடும்.

ஆற்றலை வெப்பமாக வெளியேற்ற பலவழிகள் உள்ளன. உடல் மேற்பரப்பில் (தோலில்) இருந்து வெளியே காற்றிற்கு வெப்பப் பரிமாற்றம் செய்யலாம். கன்வெக்‌ஷன் (வெப்ப சலனம்), ரேடியேஷன் (கதிரியக்கம்) முறைகளினால். எவாபரேஷன் என்று வியர்வையினாலும் செய்யலாம். துரத்தும் நாயிடம் தப்ப ஓடுகையில் உடலில் தேவைக்கதிகமாக ஆற்றல் உற்பத்தியாகி வெளியேற்ற வியர்கிறதே அதுபோல. ஆனால் பறவைகளுக்கு வியர்க்காது (துரத்தும் நாய்களுக்கு வியர்க்கும், பாதங்களில்). பின்னர் டௌகன் என்ன செய்யும்?

மிகப்பெரிய டௌகன் அலகு 20 செண்டிமீட்டர் நீட்டம் இருக்கும் (டௌகனின் நீளத்தில் மூன்றில் ஒரு பகுதி). இந்த அலகு இரத்தநாளங்களுடையது. சென்னை அருங்காட்சியகத்தில் டௌகன் அலகு பாடம்செய்யப்பட்டிருந்தால் அதில் குறுக்குநெடுக்குகாக ஓடும் பள்ளங்களின் மூலம் இதை அறியலாம். பார்த்தவர்கள் ஊர்ஜிதப்படுத்தலாம்.

சரி, இந்த நாளங்களினால் டௌகன் உடலின் உள்ளிருந்து இரத்த ஓட்டம் சூட்டை வேண்டிய சமயங்களில் விரைவில் அலகிற்கு கொண்டுவர இயலும். அப்போது இந்த அலகின் இரத்த நாளங்கள் சற்று விரிவடையும். இதற்கு வாஸோடைலேஷன் என்பர். அலகிலிருந்து பரப்பில் சுற்றியுள்ள காற்றில் வெப்பப் பரிமாற்றம் நிகழும். காரில் உள்ள ரேடியேட்டர் போல.

அதிகமாக வெளிப்படுத்தமட்டுமின்றி, அலகில் இரத்த ஓட்டத்தை குறைப்பது மூலமாக, டௌகனால் வெளியேறும் வெப்பத்தை மட்டுப்படுத்தவும் முடியும். இப்படி செய்வதற்கு இரத்தநாளங்கள் சுருங்கி அலகில் இரத்த ஓட்டத்தை குறைக்கும். இதற்கு வாஸோகன்ஸ்டிரிக்‌ஷன் என்பர். மனிதன் உட்பட அனைத்து வெப்ப-இரத்த உயிரினங்களும் இவ்வகை இரத்த நாளங்கள் சுருங்கி விரிந்து வெப்ப கட்டுப்பாடு செய்ய வல்லன.

புரஃபசர் டாட்டர்ஸால் மற்றும் ஆராய்ச்சி குழுவினர் டௌகன் இவ்வாறு வெப்பப்பரிமாற்றம் செய்கையில் தெர்மல் இமேஜ் (வெப்பக்கதிர்படக்) காமிரா கொண்டு அலகில் வெப்பநிலையை அளந்திருக்கிறார்கள். கீழே படத்தில் பாருங்கள்.

A முதல் F வரை படத்தில் Y அச்சில் இருப்பது டௌகனின் உடலில், அலகில் பல இடங்களில் அளந்த வெப்பநிலையின் அளவில் இருந்து சுற்றிலும் உள்ள காற்றின் வெப்பநிலையின் வித்தியாசம். X அச்சில் காற்றின் வெப்பநிலை. உடல்-சுற்றம் இவற்றின் வெப்பநிலை வித்தியாசம் ஏறுகையில், ஏற்கனவே இடைக்குறிப்பில் கூறியபடி, வெப்பப்பரிமாற்றத்தினால் உடலில் இருந்து அதிக ஆற்றல், வெப்பமாக வெளியேறுகிறது என்று கொள்ளலாம்.

படத்தில், A மற்றும் B பகுதிகள் சுற்றியுள்ள காற்றின் வெப்பநிலை மதிப்பை பொறுத்து டௌகனின் இறகு மற்றும் கண் அருகில் வெப்பநிலை மதிப்பு எவ்வாறு மாறுகிறது என்று காட்டுகிறது. சுற்றத்தின் வெப்பநிலை அதிகரித்தாலும், இறகிலிருந்து ஒரே அளவு வெப்பமே வெளியேறிக்கொண்டிருப்பது புலனாகிறது (வித்தியாசம் மாறாதிருப்பதால்).

படத்தில் C பகுதியில் டௌகனின் முகத்திற்கருகே உள்ள அலகின் அடிப்பகுதியில் (இதை பிராக்சிமல் பகுதி என்கிறர்கள்) வெப்பநிலை அளவும், D பகுதியில் அலகின் நுனிப்பகுதியில் (டிஸ்டல் பகுதி என்கிறார்கள்) வெப்பநிலை அளவும் தெரிகிறது. சுற்றம் கிட்டத்தட்ட 25 டிகிரி செல்ஷியஸ் வெப்பநிலை இருக்கும் வரையில் அலகின் அடிப்பகுதியில் இருந்து மட்டுமே அதிக வெப்பப் பரிமாற்றம் நிகழ்வது புலனாகிறது. சுற்றம் வெப்பநிலை 25 டிகிரி செல்ஷியஸைவிட அதிகமடைகையில், அடிப்பகுதியில் மட்டுமின்றி, அலகின் நுனிப்பகுதியிலிருந்தும் அதிக வெப்பப் பரிமாற்றம் நிகழத்தொடங்குகிறது. இதற்காக தற்காலிகமாக, ஆனால் விரைவாக, இரத்த ஓட்டம் அலகின் நுனிப்பக்குதிவரை நிகழும்.

படத்தில் E மற்றும் F பகுதி இதே வெப்பப்பரிமாற்றம் குட்டி டௌகனின் (வயது 2 மாதம்) அலகில் நிகழ்கையில் வெப்பநிலையை காட்டுகிறது. உடல் வெப்பத்தை வெளியெற்ற E படத்தில் தன் அலகின் அடிப்பகுதியின் வெப்பநிலையை குட்டி உயர்த்திக்கொண்டே செல்கிறது பருங்கள். ஒரு கட்டத்தில் (சூழலின் வெப்பநிலை மிக அதிகமாக) முடியாமல், அலகின் நுனிப்பகுதியிலிருந்தும் வெப்பத்தை வெளியேற்றத்தொடங்குகிறது. இதனால் அலகின் அடிப்பகுதியில் (E படத்தில்) வெப்பநிலை குறையத்தொடங்குகிறது. இரத்த ஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்த அலகின் இரு இடங்களில் இரத்தநாளங்கள் சுருங்கியும் விரிந்தும் செயல்படுகிறது.

இப்படி நிகழ்கையில் டௌகன் எப்படி உணரும் என்று அறிய எனக்கு ஆசை. ஜலதோஷத்தில் மூக்கு கொணகொண என்று கொட்டுகையில், அடிப்பகுதியில் இருந்து நுனிக்கு சளியின் ஓட்டத்தை பொருத்து நான் எப்படி உணருகிறேன் என்று எனக்குத்தான் தெரியும்.

இவ்வகை தெர்மோரெகுலேஷனை டௌகன் மிகவிரைவாக நிமிடங்களுக்குள் நடத்த வல்லது. கீழே இருக்கும் படம் இதை அழகாக வெளியிடுகிறது. இரண்டு நிமிடங்களுக்குள் இரத்தஓட்டம் மிக அதிகமாகி அடிப்பகுதியில் இளஞ்சூட்டில் துளி மஞ்சளாய் இருக்கும் அலகு, தருணத்தில் தகதக என்று மொத்தமும் ஒளிரும் ஆரஞ்சு பிழம்பாய் ஆகிவிடுகிறது.  இடம் வலம் இருக்கும் படங்களை ஒப்பிடுகையில் இது தெரிகிறது.

சுவாரசியமாக இந்த குவிக் தெர்மோரெகுலேஷன், டௌகன் உறங்குகையில் பட்டவர்தனமாக வெளிப்படுகிறது. கீழே வீடியோவில் பாருங்கள் புரியும்.

YouTube Link – Video Credit: Prof. Tattersall

இந்த வீடியோ பேசா மடந்தை படந்தை. தெர்மல் இமேஜ் காமிராவின் தொடர் பிரேம்களை தொகுத்து வீடியோவாக்கப்பட்டுள்ளது. உறங்கும்வரை அலகை ஜம்மென்று வெளியேகாற்றில் காயப்போட்டபடி இருந்த டௌகன், ஆகாசத்தில்வாரியதும், கண்ணை செருகுகையில், அலகையும் இறக்கையினுள் செருகிக்கொண்டுவிடுகிறது. உறக்கத்தில் மெடபாலிசம் குறைந்து, வெளியேறவேண்டிய ஆற்றல் மட்டுபடுகிறது. வெப்பப்பரிமாற்றமும் குறைகிறது. ஆனாலும் உறங்குகையிலும் டௌகனின் அலகின் வெப்பநிலை ஒரு குறைந்த சராசரியில் மேலும் கீழுமாக மாறிக்கொண்டே இருக்குமாம்.

சரி, அடுத்த ஆராய்ச்சி தகவலை பார்ப்போம். வெப்பநிலை அளந்தோம். எவ்வளவு வெப்பப்பரிமாற்றம் நிகழும் என்று சொல்ல முடியுமா? முடியும். இதை கணக்கிட வெப்பப்பரிமாற்ற முறைகளின் விதிகள் வேண்டும். இருக்கிறது.

அலகில் இருந்து சுற்றியுள்ள காற்றிற்கு கன்வெக்‌ஷன் (வெப்ப சலன கடத்தல்) மற்றும் ரேடியேஷன் (கதிர்வீச்சு வெப்பக்கடத்தல்) முறைகளில் இது நடக்கும். சுற்றி காற்று வேகம் அதிகரித்தால் வெப்ப சலனமும் அதிகரிக்கும் (அறிமுகத்திற்கு வெப்ப சலனம் கட்டுரையை படித்துக்கொள்ளுங்கள்). வெப்ப பரிமாற்றத்தின் ஆற்றல் அளவை கணக்கிட சில கணித மாதிரிகள் ஏற்கனவே இருக்கின்றன. அலகை உருளையாக மாதிரித்து, அளந்த வெப்பநிலைகளை, மற்றும் காற்றின் வேக அளவை கணித மாதிரிகளில் நுழைத்து வெப்ப ஆற்றலை கணக்கிட்டுள்ளனர். எப்படி என்று விரிவாக யானைக் காதைப்பற்றி வேறு கட்டுரையில் எழுதுகையில் சொல்வோம். இப்போதைக்கு கீழே கொடுத்துள்ள வெப்ப ஆற்றல் மதிப்பீடுகளை பாருங்கள்.

மேல்படத்தில் சுற்றத்தின் வெப்பநிலை மாற்றத்தை பொருத்து, டௌகனின் அலகில் இருந்து 4முதல் 6 வாட் (watt) வெப்ப ஆற்றல் வெளிப்படுவது தெரிகிறது. அடுத்து கீழே (நடுவில்) இருக்கும் படம் இந்த ஆற்றலை டௌகன் வெளிப்படுத்தவேண்டிய ஆற்றல் அளவின் சதவீதமாக காட்டுகிறது. அதாவது, சாதாரணமாக 30இல் இருந்து 60 சதவீதம் கழிவு வெப்ப ஆற்றலை டௌகன் தன் அலகினால் வெளிப்படுத்துகிறது.

ஆராய்சியில் புலனாவது, பெரிய டௌகனினால் அலகின் இரத்தஓட்டத்தை கட்டுப்படுத்துவது மூலம் நிமிடங்களுக்குள் மிகக்குறைவாக 5 சதவீதம் மட்டும் வெளிப்படுத்த முடியும். அதேபோல சில நொடிகளுக்கு 100 சதவீதம் வரையில் கூட கழிவு வெப்பத்தை வெளியேற்றவும் முடியும்.

இரண்டு மாத குட்டி டௌகன்கள் இதை திறம்படச்செய்ய முடியாது. அவைகளினால் இரத்தஓட்டத்தை சுலபமாக குறைக்கமுடிவதில்லையாம். அதனால் தேவைக்கு அதிகமாக வெப்பம் வெளியேறி, சுற்றம் 26 டிகிரி செல்ஷியஸ் என இருக்கையிலும் இவைகள் நடுங்கிக்கொண்டே இருக்கும். நடுக்கம் மெடபாலிஸத்தை அதிகரித்து, உடல் பகுதிகளில் ஆற்றலை தோற்றுவிக்கும். வெளியேறியதை சரிகட்ட. (நாமும் குளிரில் இதனால்தான் நடுங்குகிறோம். Shivering is a thermoregulation process.)

சரி, இதுவரை விளக்கிய அனைத்தும் அளந்தது (மெஷர்ட்). இனி சற்றே அளப்பது (ஊகிப்பது).

மேலே உள்ள படத்தில், அடியில் இருக்கும் E மற்றும் F படங்கள் காற்றின் வேகம் அதிகரித்தால் இந்த வெப்பவெளியேற்றத்தின் மதிப்பு மாறுபடுவதை விளக்குகிறது. இது கணித மாதிரியில் வேகத்தின் மதிப்பை அதிகரித்துக்கொண்டேபோய், அதற்கேற்றவாறு பரிமாறிய வெப்ப ஆற்றலை கணக்கிட்டு சொல்லியது. உதாரணத்திற்கு, காற்று மணிக்கு 20 கிலோமீட்டர் வேகத்தில் (நொடிக்கு 6 மீட்டர்) டௌகனை சுற்றி அடித்தால் (இல்லை, டௌகன் இவ்வாறு பறந்தால்) அலகிலிருந்து இளைபாருகையில் எவ்வளவு வெப்பம் வெளியேறவேண்டுமோ அதைப்போல 400மடங்கு அதிகம் வெளியேற்ற முடியும். இது E படத்தில் தெரிகிறது. மாதிரி அளிக்கும் பதில். மாதிரி தவறல்ல. மணிக்கு 20 கிலோமீட்டர் டௌகன் பறக்குமா, அதைத்தான் அளந்து இங்கு கொடுத்துள்ளார்களா என்பதில்தான் சந்தேகம்

இப்போதைக்கு இந்த சந்தேகத்துடன் மூக்கை நீவிவிட்டபடி பிரிவோம். நம்முள் இருக்கும் சாம்புவிடம் பதில் சரியாகவும் இருக்கும்.

கட்டுரை சுட்டிகள்

1. Tattersall, G., Andrade, D., & Abe, A. (2009). Heat Exchange from the Toucan Bill Reveals a Controllable Vascular Thermal Radiator Science, 325 (5939), 468-470 DOI: 10.1126/science.1175553
2. Tattersall, G. J. et al. – Supporting Online Material