Hur hindrar Emperor Penguin Dads att deras ägg fryser?

De har blivit stjärnorna i många av en naturdokumentär och tecknad film, älskade för sin fluffiga och oklanderliga waddle. Ändå, när det gäller avel, kan du säga att kejsarpingviner har dragit det evolutionära korta halm. Som om livet inte redan var tillräckligt tufft i det mest frigida antarktiska landskapet som de bor, måste dessa fåglar också föda upp på vinterdöden, när de måste skydda sina ägg från snö och brusande vindar, så att inte äggen förvandlas till isbitar.

Denna veckas avsnitt av BBC America's "Dynasties" följer en koloni av kejsarpingviner (Aptenodytes forsteri) eftersom de kämpar med detta ogästvänliga klimat för att hålla sina bräckliga ägg levande.

Kejsaren är faktiskt den enda pingvinarten som följer den riskfyllda strategin att avla enbart på vintern, vilket de gör i enorma kolonier med flera tusen fåglar. Medan de kvinnliga fåglarna går ut till havet i månader för att fylla på sig med fisk efter var och en lägger ett enormt ägg, förblir hanarna bakom och var och en inkuberar ett ägg när temperaturen växer alltmer frigid på den platta isisen där de bor. [På foton: Emperor Penguin's Beautiful and Extreme avelsäsong]

Anledningen till deras vinteruppfödning beror på några mycket snäva schemaläggningsbegränsningar. När flera tusen kläckningar anländer till en pingvinkoloni kräver de massor av fisk, bläckfisk och krill som näring. Men det är bara tillgängligt på våren, när de stora frusna sträckorna som skiljer kejsarpingviner från havets kant smälter och bryter isär.

Och eftersom det tar ungefär fyra månader att inkubera ett ägg, "det betyder att man börjar det på vintern, så att fågelungen sedan får tid att kläckas när maximala resurser finns i närheten i havet," säger Philip Trathan, chef för bevarandebiologi vid briten Antarktisundersökning. "Om [pingviner] vandrade över 200 kilometer havsis varje vallfärdsresa, skulle de bara inte ha tid att göra det," sa han .

Saddled med den enorma uppgiften att skydda sina unga mot snöstormar och undernaturstemperaturer, har kejsarpingvinfarar i grund och botten förvandlats av evolutionen till vandrande varmvattenflaskor.

Till att börja med, är fåglarna nästan helt täckta i ett tätt lager av fjädrar som är flera centimeter tjocka, vilket isolerar deras egna kroppar och deras unga. Liksom många pingvinarter är en kejsare också utrustad med en klaff med naken hud på buken, kallad "stamfodral", som skyddar ägget. En fågel balanserar konstigt ett ägg på fötterna, pressar det mot denna nakna hud och täcker därefter ägget med en fleecy vik av magen fjäderdräkt som helt isolerar avkomman från den frusna världen utanför.

Direkt kontakt med huden värmer ägget via blodkärl som ligger precis under ytan, säger Dominic McCafferty, termisk ekolog vid Glasgow University i Skottland. Stampåsen har också en biologisk bonus. "Huden i sig är mycket rik på temperaturavkännande nervceller som tar upp temperaturen på [ägget", berättade McCafferty. Det vänder sig till kejsarens pappa till deras kycklingers välbefinnande och varnar dem när ägg behöver lite extra täckning för att hålla dem mysiga.

Men allt detta förlitar sig på att pingvinet kan behålla sin egen isolering till förmån för sig själv och hans unga. "En av de många anpassningarna som kejsarpingvinerna särskilt har är denna förmåga att inte tappar värmen till den omgivande miljön, "sade Michelle LaRue, föreläsare i Gateway Antarktis vid institutionen för geografi vid University of Canterbury på Nya Zeeland, som är specialiserad på befolkningens dynamik för antarktiska arter. En del av det är att säkerställa att de har lika lite kontakt med isen som möjligt. [Varför är Ice Slippery?]

För att åstadkomma detta lyfter fåglarna fötterna från isen, lutar sig tillbaka i klackarna och håller sig med sina svansspetsar. "De har den här typen av två-fot-svansstativ, så att det enda som rör isen är deras klackar och svansen - vilket jag tycker är otroligt," berättade LaRue. "De ser ut som om de är i en gungstol!" De antar denna hållning i flera månader för att skydda sina ungar. "De är oerhört motståndskraftiga. Jag är överraskande över hur de försörjer sig," la LaRue till.

Termiska avbildningsstudier visar att fåglarnas kroppar bara tappar små mängder värme, främst genom näbb, ögon och fötter. Deras fjädrar är i grunden en otroligt sofistikerad dunjacka, som "håller mitten varm men tillåter väldigt lite värme att överföras genom fjädrarna ut till ytan," sade McCafferty, som studerar temperaturreglering hos dessa fåglar. I själva verket har han visat i sin forskning att ytan på fåglarnas fjädrar faktiskt är sval - vilket antyder att de knappast leder värme till omvärlden; allt är instängd inom.

"Detta säger oss att deras isolering fungerar mycket, mycket bra," sade McCafferty.

För extra värmeförsäkring under de långa månaderna på isen använder farfåglarna en sista taktik: grupp kramar. Kejsarpingviner är kända för att skapa enorma kramar, där hundratals fåglar fastnar tillsammans i en ständigt cirkulerande massa för att säkerställa kollektiv värme. Den underliggande dynamiken i dessa stora grupper är så komplex att många biologer fortfarande försöker förstå hur sammankomsterna fungerar, sade McCafferty.

Men forskare vet varför fåglarna gör det. "Deras stora kroppsvärme kan höja lufttemperaturen i kramningen," sade McCafferty och tilllade att en grupp franska forskare har registrerat lufttemperaturer på mer än 95 grader Fahrenheit (35 grader Celsius) ovanför kramningen..

Mitt under subzero-förhållanden, kan den imponerande värmen i kramningen hjälpa kejsarfar att bromsa sin ämnesomsättning och minska energianvändningen, så att de kan fortsätta värma sina värdefulla avkommor, förklarade McCafferty.

Medan det vanliga motivet i naturdokumentärer av pingviner som kramar mot tjutande vindar kan vara utformat för att dra i våra hjärtstringar, sa McCafferty att vi inte behöver synd på dessa fåglar eller deras små fågelungar. För människor skulle allt under 20 ° C kännas lite coolt, men "denna zon med komfort för kejsarpingviner sträcker sig antagligen ner till något som minus 10 grader Celsius," sade han.

"De är väldigt väl anpassade till dessa miljöer och de är väldigt framgångsrika vad de gör," sade han. Dessa hängivna pingvinfarar, som lyckas uppfostra sina unga på förmodligen den hårdaste platsen på jorden, är verkligen bevis på det.

Berättat av Sir David Attenborough ger BBC America's "Dynasties" tittarna ett nära och personligt inblick i familjeliv för fem av de mest berömda och hotade djuren på planeten. Det fjärde avsnittet "Emperor" har premiär på lördag (16 februari) på BBC America klockan 9. EST / 8 p.m. CST. Tittarna kan se det första avsnittet "Lion" gratis online.

• Hur fryser en person till döds?
• Hur kan kokande vatten förvandlas till snö?
• Varför finns det så många duvor??

Ursprungligen publicerad den .