De har blivit stjärnor för 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 frigöra 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 äggen inte blir 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 pingvinart som följer den riskfyllda strategin att avla enbart på vintern, vilket de gör i enorma kolonier med flera tusen fåglar. Medan de kvinnliga fåglarna drar 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 frigida på den platta isisen där de bor.
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 livstid. Men det är bara tillgängligt på våren, när de stora frusna havet som separerar kejsarpingviner från havets kant smälter och bryts 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 det finns maximala resurser i närheten av havet," säger Philip Trathan, chef för bevarandebiologi vid briten Antarktisundersökning. "Om vi vandrade över 200 kilometer med havsis varje fodertur skulle de bara inte ha tid att göra det," sa han till Live Science.
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.
För det första är fåglarna nästan helt täckta i ett tätt skikt av fjädrar som är flera centimeter tjocka, vilket isolerar sina egna kroppar och deras unga. Liksom många pingvinarter är en kejsare också utrustad med en klaff med naken hud på buken, kallad "stampåsen", som skyddar ägget. En fågel balanserar konstigt ett ägg på fötterna, pressar det mot denna nakna hud och täcker sedan ägget med en fläckig vik av magen fjäderdräkt som helt isolerar avkommorna från den frusna världen utanför.
Direktkontakt 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 väldigt rik på temperaturavkännande nervceller som tar upp temperaturen," sa McCafferty till Live Science. Det vänder sig till kejsarens pappa till deras kycklingas välbefinnande och varnar dem när ägg behöver lite extra täckning för att hålla dem mysiga.
Men allt detta förlitar sig på att pappapingvinen kan upprätthålla sin egen isolering till förmån för sig själv och sina 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 avdelningen för geografi vid University of Canterbury på Nya Zeeland, som är specialiserad på befolkningsdynamiken för antarktisarter. En del av det är att säkerställa att de har lika lite kontakt med isen som möjligt.
För att uppnå 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," sa LaRue till Live Science. "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 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 krusningar, där hundratals fåglar sylt samman i en ständigt cirkulerande massa för att säkerställa kollektiv värme. Den underliggande dynamiken i dessa stora grupper är så komplicerad att många biologer fortfarande försöker förstå hur samlingarna 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 i 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 kramade 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 svalt, men "denna zon av komfort för kejsarpingviner sträcker sig antagligen 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.
