Ученые раскрыли тайну меха белых медведей

Международная группа ученых раскрыла секрет защиты меха белого медведя от обледенения, что позволяет одному из самых знаковых животных планеты выживать и процветать в одном из самых суровых климатических условий. Этот секрет заключается в жирности шерсти.

После тщательного исследования, включавшего изучение шерсти шести диких белых медведей, ученые определили, что именно кожный жир («себум») является важнейшим защитным компонентом. Этот себум, состоящий из холестерина, диацилглицеринов и жирных кислот, значительно затрудняет прилипание льда к шерсти.

Это открытие не только проливает новый свет на наше понимание экологии белых медведей и инуитов, но и может иметь ряд прикладных применений. Искусственно созданный состав, аналогичный себуму, обещает быть полезным в качестве противообледенительного покрытия для поверхностей или в производстве нового поколения лыжных камусов, используемых лыжниками и сноубордистами.

Джулиан Кэролан, аспирант Школы химии Тринити-колледжа в Дублине и Исследовательского центра AMBER в Ирландии, является первым автором статьи, опубликованной в ведущем международном журнале Science Advances.

Он сообщает, что ученые измерили прочность сцепления льда, которая показывает, насколько хорошо лед прилипает к шерсти; гидрофобность, которая определяет, может ли вода стекать до того, как замерзнет; и время задержки замерзания, которое показывает, как долго капля воды замерзает при определенных температурах на данной поверхности. Затем они сравнили характеристики шерсти белого медведя с человеческим волосом и двумя типами специальных искусственных лыжных камусов.

Себум быстро проявил себя как ключевой компонент, обеспечивающий противообледенительный эффект, поскольку ученые обнаружили, что прочность сцепления значительно снижается, когда шерсть моют. Невымытая, жирная шерсть значительно затрудняла прилипание льда. В то же время, когда шерсть белого медведя была вымыта, и жир был в значительной степени удален, она вела себя так же, как человеческий волос, к которому лед легко прилипает независимо от того, вымыт он или нет.

Это открытие побудило команду провести детальный химический анализ себума белого медведя. Помимо определения ключевых компонентов (холестерина, диацилглицеринов и жирных кислот), они с удивлением обнаружили отсутствие сквалена. Этот жировой метаболит присутствует в человеческих волосах и в шерсти других водных животных, например, морских выдр, что позволяет предположить, что его отсутствие в шерсти белого медведя очень важно с точки зрения защиты от обледенения.

Доктор Ричард Хоббс, доцент и научный сотрудник Королевского общества и Научного фонда Ирландии в Школе химии Тринити и Исследовательском центре AMBER, является старшим автором статьи. Он добавляет, что животные, обитающие в полярных регионах, стали источником вдохновения для разработки новых противообледенительных материалов.

Например, группа Анны Китциг из Университета Макгилла недавно обнаружила, что иерархическая структура перьев пингвинов Gentoo обеспечивает им противообледенительные свойства, которые зависят от структуры пера, а не от покрытия маслом. Работа ученых показывает, что шерсть белого медведя представляет собой альтернативную стратегию создания противообледенительной поверхности, основанной на характерной смеси липидов, присутствующих в их кожном жире.

Эта работа не только представляет собой первое исследование состава кожного жира белого медведя, но и решает вопрос о том, почему белые медведи не страдают от накопления льда. Несмотря на наличие толстых слоев изолирующего жира и шерсти, а также на то, что они проводят много времени в воде при минусовых температурах, жир шерсти, по-видимому, обеспечивает естественный способ для белых медведей легко избавляться от льда, когда он образуется, благодаря низкой адгезии льда к их шерсти.

Ученые ожидают, что эти натуральные липидные покрытия, производимые медведем, помогут им разработать новые, более экологичные противообледенительные покрытия, которые смогут заменить проблемные «вечные химикаты», такие как PFAS, используемые в качестве противообледенительных покрытий.

Помимо структурных объяснений, эти интересные открытия также помогают лучше понять охотничье поведение как белых медведей, так и коренных народов инуитов.

Профессор Бодил Хольст из Бергенского университета является старшим автором статьи. Она добавляет, что одна из основных охотничьих стратегий белых медведей – «статичная охота», когда они неподвижно лежат рядом с дыхательным отверстием на морском льду, ожидая появления тюленей. Статичная охота часто переходит в «водное преследование», когда белый медведь использует задние лапы, чтобы скользить в воду за своей добычей, и чем ниже адгезия льда, тем меньше шума и тем быстрее и тише скольжение.

Результаты ученых также помогают понять тонкости действий, предпринимаемых инуитами для оптимизации охотничьих стратегий, имитирующих метод статичной охоты белого медведя. Табуреты для охоты инуитов иногда обивают мехом белого медведя на ножках, чтобы избежать шума при движении по льду, а также люди иногда носят «штаны из белого медведя», гарантируя, что вся область контакта со льдом покрыта мехом белого медведя с низкой адгезией льда для оптимального шумоподавления.

Примечательно, что традиционный метод подготовки инуитов защищает себум на шерсти, гарантируя, что покрытая шерстью сторона кожи не моется. Это отличается, например, от шкуры лисы, которую традиционно чистят, натирая сторону шерсти тальком или сухой глиной.