Пингвины могут часами стоять на снегу и морском льду, не теряя опасного количества тепла. Их лапы при этом остаются гораздо холоднее туловища. Такое различие температур — не признак болезни, а важная часть приспособления к жизни в суровом климате: птицы ограничивают утечку тепла через участки тела, непосредственно соприкасающиеся с ледяной поверхностью.
Главный секрет находится в кровеносной системе ног. Артерии, по которым тёплая кровь поступает от туловища к лапам, проходят рядом с венами, несущими охлаждённую кровь обратно. Благодаря такому расположению тепло передаётся между потоками ещё до того, как артериальная кровь достигает стопы. Этот механизм называется противоточным теплообменом.
Тёплая артериальная кровь постепенно отдаёт часть энергии венозной, движущейся в противоположном направлении. В результате к поверхности лап поступает кровь с более низкой температурой, а возвращающаяся к внутренним органам успевает нагреться. Организму не приходится постоянно компенсировать столь большие потери тепла, какие возникли бы при поступлении в лапы крови с температурой туловища.
Холодные лапы не означают, что их ткани полностью лишены кровоснабжения. Кровоток сохраняется, а его интенсивность регулируется в зависимости от условий. Пингвины могут изменять теплоотдачу, когда им необходимо согреться или, напротив, избавиться от избытка тепла. Поэтому объяснять их выносливость только «нечувствительностью к холоду» неправильно.
Почему же лапы не примерзают ко льду? Для прилипания обычно требуется влага, которая замерзает в месте контакта. Когда стопа не нагревает ледяную поверхность до таяния, риск образования такого ледяного соединения уменьшается. При этом нельзя утверждать, что пингвин вообще никогда не может столкнуться с примерзанием: состояние поверхности, вода и погодные условия тоже имеют значение.
У императорских и королевских пингвинов есть дополнительный способ уменьшить контакт с холодной поверхностью. Во время отдыха они способны опираться на пятки и хвост, приподнимая переднюю часть лап. Так сокращается площадь соприкосновения с ледяным основанием. Кроме того, плотное оперение и подкожный жир защищают основную часть тела от ветра и потери тепла.
Оперение работает не как простая «тёплая шуба». Перья перекрывают друг друга и удерживают воздух возле кожи, а птицы регулярно ухаживают за ними, поддерживая водоотталкивающие свойства. Во время сильного холода некоторые виды собираются в плотные группы, уменьшая воздействие ветра на отдельных животных. Система защиты складывается из нескольких механизмов, а не из одного свойства лап.
По данным Смитсоновского океанического портала и справочника SeaWorld, противоточный обмен в сосудах ног помогает удерживать тепло в теле пингвина. Именно поэтому очень холодные на ощупь стопы совместимы с нормальной температурой внутренних органов. Этот принцип встречается и у других животных, живущих в холодных условиях.