适应寒冷空气温度是北极海豹生存的关键。这些适应不仅仅是厚厚的脂肪层来保暖，还包括了鳍足动物的鼻子。一项于12月14日发表在《生物物理学杂志》上的研究发现，北极海豹的鼻腔比生活在温和地区的海豹更曲折。
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加热空气
在寒冷干燥的地方，动物呼吸时会失去水分和热量。温暖湿润的空气对肺部功能很重要，所以吸入冷空气会危及肺部，并可能使人类更容易感染呼吸道病毒。为了尽量减少风险，大多数鸟类和哺乳动物的鼻腔内都有称为上颌骨甲的复杂骨头。这些多孔的骨架覆盖着黏液和组织，可以加热和湿润吸入的空气。上颌骨甲还可以减少生物呼气时散失的热量和水分。
研究人员认为，这种鼻腔结构有助于北极海豹在吸气和呼气时有效保持水分和热量。
“得益于鼻腔内这种精巧的结构，北极海豹在暴露于相同条件下时，与亚热带海豹相比，通过鼻腔热交换散失的热量更少，”该研究的合著者、挪威科技大学的物理化学家Signe Kjelstrup在一份声明中说。“这提供了一种进化优势，尤其是在北极地区，热量散失意味着能量的消耗，必须通过食物来补充。”
Kjelstrup表示，北极海豹在呼吸时能保留94%的空气水分。它们吸气时加入空气的大部分水分会在呼气时被回收。
“在地中海中部找不到驯鹿”
上颌骨甲的结构因物种而异。驯鹿的鼻子也能有效地进行热交换，但由于它们只生活在寒冷的气候中，Kjelstrup的团队将目光投向了海豹。
“在地中海中部找不到驯鹿，但海豹生活在许多不同的环境中，所以它们让我们能够检验这个问题，”Kjelstrup说。“我们从之前的研究中得知，北极海豹的鼻子是海绵状的，非常致密，而地中海海豹的鼻子结构则更开放。”
在这项研究中，该团队使用计算机断层扫描技术，创建了两种海豹的鼻腔三维模型——北极须海豹（*Erignathus barbatus*）和地中海僧海豹（*Monachus monachus*）。接着，他们使用能量耗散模型，比较了每种海豹在吸气时加热和湿润空气的能力，以及呼气时减少热量和水分散失的能力。
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他们在北极-22°F（-30°C）和约50°F（10°C，对于地中海僧海豹来说是寒冷的一天）的条件下，测试了两种海豹鼻子的模型。他们还调整了模型中的不同参数，以突出鼻腔的关键几何特征。
根据模型，北极须海豹在北极和亚热带温度下都能更有效地保持热量和水分交换。在-22°F（-30°C）时，地中海僧海豹每次呼吸循环散失的热量是须海豹的1.45倍，散失的水分是须海豹的3.5倍。在50°F（10°C）时，地中海僧海豹散失的热量是须海豹的1.5倍，散失的水分是须海豹的1.7倍。
北极海豹更复杂致密的鼻腔似乎提供了这种优势。具体来说，研究小组发现，北极海豹上颌骨甲周长的增加是限制在较低环境温度下能量散失的关键。
虽然这项研究考察了每次吸气和呼气时的热量散失量，但呼吸速率的作用仍然不清楚。对于海豹来说，这些呼吸周期尤其复杂，因为它们在潜入水下和冰下时会暂停呼吸几分钟。
高能效的鳍足动物
研究小组希望深入研究其他物种的鼻腔结构，以了解不同的部位是否能在其他气候中提供进化优势。
“例如，骆驼不需要节省太多热量，但它需要节省水分，所以人们可以猜测，这可能告诉我们两者相对重要性，”Kjelstrup说。
他们还计划从动物身上寻找启发，来建造更高效的热交换和通风系统。
“如果大自然能够创造出如此出色的热交换器，我认为我们应该在工程学上效仿，以创造更高效的流程，例如在空调系统中，”Kjelstrup说。
