Структура волос животных меняется от лета к зиме для защиты от мороза

Уникальные адаптации позволяют диким животным выживать в экстремальных температурах. Например, некоторые животные переносят сильные холода благодаря изолирующим свойствам полых волос, из которых состоит их шерсть.

Об этих волосах было мало известно, но теперь исследователи обнаружили, что их внутренняя структура меняется в зависимости от сезона. Результаты были представлены 17 марта на весенней встрече Американского химического общества (ACS).

"У некоторых животных шерсть выглядит по-разному летом и зимой", — говорит Тейлор Миллетт, проводящая исследование. Например, американский беляк зимой становится белым, а летом — коричневым. "Но у изучаемых нами животных мы обнаружили, что меняется не только внешняя окраска волоса. Меняются и внутренние микроскопические детали, чтобы позволить этим животным продолжать выживать в своей среде".

Миллетт, студентка бакалавриата по машиностроению в Технологическом университете Юты, работает под руководством доцента химии Венди Шатцберг и профессора физики Сэмюэля Тоблера. Над проектом также работает студентка Кристина Де Ла Вьеха Медина.

Шатцберг и Тоблер обучают студентов использованию сканирующего электронного микроскопа (SEM), который бомбардирует образец электронами для получения изображения, чётко показывающего микроскопические детали.

"Как только студенты учатся использовать SEM для исследования мелких частиц, мы даём им свободу изучать другие интересующие их образцы", — говорит Шатцберг. "Тейлор решила выбрать волосы животных. Я никогда не была особенно заинтересована в волосах животных, пока она не обратила наше внимание на них, но это увлекательно".

Миллетт, описывающая себя как любительницу природы, слышала, что волосы вилорогой антилопы полые, но больше об этом почти ничего не было известно. "Поэтому я решила разрезать их и использовать SEM, чтобы посмотреть, что там внутри", — вспоминает она. Для справки: длина волоса вилорогой антилопы составляет от 5 до 15 сантиметров в зависимости от его расположения на теле животного. Средний диаметр волоса антилопы — 440 микрометров.

Затем она спросила своих руководителей, может ли она провести дополнительные исследования. Она выбрала крупную дичь, поскольку предыдущие исследования в других учреждениях были сосредоточены на домашних животных, таких как овцы или ламы. "Никто не переходил к диким животным, потому что их шерсть сложнее достать", — говорит Миллетт.

Помимо вилорогой антилопы, она выбрала чернохвостого оленя и вапити (американского благородного оленя) — животных-жертв, которых можно найти недалеко от кампуса. Она получила зимние и летние образцы шерсти животных у местного таксидермиста и от Отдела дикой природы штата Юта, который подбирает животных, сбитых машинами.

Миллетт и Де Ла Вьеха Медина разрезали волосы, покрыли их золотом для улучшения разрешения изображения SEM, а затем изучили и измерили губчатые внутренние структуры. Эти структуры, состоящие из случайного набора крошечных полых полостей или воздушных карманов, напоминают беспорядочные соты.

Студенты обнаружили, что как в летних, так и в зимних волосах воздушные карманы у периметра волос были намного меньше, чем в сердцевине. Кроме того, у всех трёх видов зимние волосы имели более крупные воздушные карманы, чем летние. Например, у чернохвостого оленя средний диаметр зимних воздушных карманов составлял 26 микрометров, а летних — 13 микрометров.

Следовательно, сердцевина летнего волоса была гораздо плотнее упакована, чем зимнего. "Это очень интригует, потому что эти карманы создают изоляционный барьер, который согревает животных зимой", — говорит Миллетт.

Чтобы определить, применимы ли эти выводы к другим животным, включая хищников, таких как медведи, пумы и рыси, Миллетт связывается с зоопарками по всему миру для получения образцов шерсти. Исследователи также хотят оценить, как географическое положение и климат влияют на результаты, отмечает Шатцберг.

"Только ли в нашем районе всё так? И какая разница температур между сезонами для этого требуется? Иногда у нас здесь очень большая разница температур между летом и зимой", — говорит она. "Так что есть множество переменных для изучения".

Миллетт размышляет о том, как применить результаты. Одно из потенциальных применений — синтетическая изоляция для домов и туристического снаряжения.