Hopp til innhold

Reinens nese kan inspirere til ny teknologi

Reinens fantastiske nese forbløffer forskerne. Et sinnrikt system sørger for at dyra sparer varme i vinterkulda, og nye undersøkelser kan gi inspirasjon til mer effektiv teknologi i framtida.

Tamrein

EFFEKTIV VARMEVEKSLER: Reinen kan utnytte varmen i lufta som kommer fra lungene, slik at utåndingsluft holder bare 5–6 grader.

Foto: Knut-Sverre Horn

– Jeg vil sammenligne innmaten i reinsdyrnesen med krumkaker, sier Lars Folkow, professor i biologi ved Norges arktiske universitet – UiT.

Forskerne har skåret opp og CT-skannet reinsdyrneser for å avsløre hvordan de er konstruert. Det de fant på innsiden var lag på lag med slimhinner.

Krumkaker

Krumkaker rulles i folder, og er dermed et godt bilde på konstruksjonen av reinens nese, mener professor Lars Folkow.

Foto: Petter Melsom / NRK

– Det er en opprullet struktur som gjør at neseslimhinnen får en veldig stor overflate der den kommer i kontakt med luften som reinen puster.

Den kunnskapen har teknologer i Trondheim nå bygget videre på - i jakten på den perfekte konstruksjonen av teknisk utstyr som for eksempel ventilasjonsanlegg.

Det var Gemini som omtalte saken først.

Jevnt tap

Signe Kjelstrup, professor ved NTNU i Trondheim, fikk ideen til å forske på sammenhengen mellom reinens nese og teknisk utstyr. Tidligere har hun målt egenskaper ved utstyr som varmevekslere og destillasjonstårn og sett at de beste løsningene hadde noe felles. På fagspråket heter det konstant entropiproduksjon.

Litt mer folkelig:

– En egenskap ved energieffektivt utstyr var at det hadde konstant friksjonstap eller varmetap, fordelt jevnt ut over hele prosessen. Da lurte jeg på om det kanskje også var slik i naturen; at de organismene som lever under ekstreme betingelser, også har denne egenskapen.

Rein på tredemølle

Det viste seg at den kjente professoren Arnoldus Schytte Blix i Tromsø allerede hadde gjort målinger av pusten til tamrein som gikk på tredemøller. Det ble gjort i klimakammeret til Universitetet i Tromsø på 80-tallet. Siden er forskningen videreført av blant andre Lars Folkow.

– Det sentrale er at luften som pustes inn og ut kommer i så nær kontakt med slimhinnen som mulig. Det letter utvekslingen av både varme og fuktighet mellom luft og slimhinne, som er hele essensen med strukturen, sier Folkow.

– Hadde ikke nesen hatt en slik krumkakedesign, hadde arealet vært langt mindre og effektiviteten på vann- og varmeutvekslingen tilsvarende lavere.

Tverrsnitt av nesa til en rein

Flere små hulrom dekket med slimhinner gjør reinsdyrets nese til en ekstremt effektiv varmeveksler. Den sparer energi om vinteren – og kjøres i revers for å avkjøle dyret på varme sommerdager.

Foto: Forsker Mario Acquarone, UiT – Norges Arktiske Universitet

I praksis betyr det at luften som pustes inn, blir varmet opp og tilført fuktighet før den når lungene. På vei ut skjer det motsatte, og varmen i lufta blir tatt opp igjen i blodet.

– De laveste temperaturene vi har målt på luft som forlater nesen til et reinsdyr er på bare fem-seks grader. Hvis den luften hadde forlatt dyret med litt under 37 grader, hadde varmetapet vært 70-80 prosent høyere enn det faktisk er, forklarer Folkow.

Ble ikke forstått

Foldene i dyreneser ble beskrevet seint på 1800-tallet, uten at noen forsket nærmere på hva slags funksjon de hadde. På 70- og 80-tallet ble interessen vakt på ny.

– Dette er ikke unikt for rein, og det er ikke engang unikt for arktiske dyr. Faktisk ble disse strukturene første gang beskrevet i ørkentilpassede arter, både smågnagere og fugl. Der tjener strukturen til å redusere vanntapet, sier Folkow.

– I Arktis har vi undersøkt både moskus og forskjellige selarter, og vi finner komplekse strukturer som vi regner med har den samme funksjonen som hos reinsdyr.

Varmevekslingen i reinsdyrnesen kan også settes i revers. Reinen kan ikke svette når den løper, men den kan kvitte seg med overskuddsvarmen ved å øke blodtilførselen i nesa.

Matematisk nøyaktighet

– Biologene hadde gjort masse målinger, men det manglet fysisk-matematiske modeller på dette, sier Signe Kjelstrup. En slik matematisk modell var nettopp det Kjelstrup og kollegene hennes nå er kommet fram til.

Alle krumkake-foldene fører til at slimhinnene i nesa brer seg ut over et areal på hele 700-800 kvadratcentimeter. Men teknologene i Trondheim fant ut at det store arealet ikke var hele forklaringen på at nesa er så effektiv.

De sammenlignet den virkelige nesa med en sylinderformet modell som hadde samme areal og samme luftgjennomstrømming. Da så de at selve formen på hulrommene har stor betydning – både for hastigheten på lufta, temperaturen og vanninnholdet.

Den matematiske modellen kan brukes til å forstå varmetapet og optimalisere nytt teknisk utstyr som er på tegnebordet.

– Ingen har laget en slik modell før. Det har vært avgjørende at vi har hatt kontakt med biologene. Det er de som har forsynt oss med den realistiske geometrien til nesa, sier Kjelstrup.

Biologene på sin side er fascinert av at reinsdyret kan inspirere ingeniører.

– Det er gledelig at det i noen miljøer fokuseres på hva man kan lære av naturens løsninger på problemer som vi i dag kan sette i bruk i menneskelig tjeneste, sier Folkow.

Aner aldri hvor det ender

Historien har også en annen moral:

– Forskning tar lang tid, og du vet ikke hvor du kan ende opp til slutt. Jeg er sikker på at Blix på 80-tallet ikke kunne forutse at han engang skulle samarbeide med ingeniører på dette punktet.

Foreløpig har Kjelstrup og hennes kolleger ikke fått penger til å føre prosjektet videre, så det er et stykke fram til at reinsdyrnesen kan bli modell for ny teknologi.

– Men vi har et nytt prosjekt på NTNU som heter High Efficiency, og det er lovende. Der inngår ingeniører og industripartnere sammen. I det prosjektet vil det være rom for å utvikle ting videre, sier Kjelstrup.

Flere nyheter fra Troms og Finnmark