Los pingüinos son las únicas aves vivientes no voladoras adaptadas al buceo propulsado por las alas. Por ello, sus alas se han convertido en aletas con huesos fuertemente comprimidos y articulaciones rígidas que impiden el movimiento independiente de los huesos del ala. Los huesos son más densos que los de otras aves, aumentando su resistencia a los impactos y aumentando también el peso del ave reduciendo su flotabilidad. Las patas están situadas muy atrás en el cuerpo, dificultando el desplazamiento en tierra pero actuando como timones bajo el agua. Los pingüinos son capaces de alcanzar velocidades de hasta 60 km/h, aunque su velocidad normal oscila entre 5 y 10 km/h. El tiempo de inmersión aumenta en base al tamaño de la especie, siendo el emperador (Aptenodytes forsteri) el que contiene más tiempo la respiración: unos 18 minutos. Las principales reservas de oxígeno durante estos periodos se encuentran no en forma de oxigeno pulmonar, sino que se halla captado en la musculatura que contiene altas cantidades de mioglobina.
Los pingüinos son capaces de retener la mayor parte de su calor corporal y esta adaptación les permite habitar las regiones más frías. Su plumaje consta de tres capas, poseen una capa de grasa bajo la piel y un sistema de vasos sanguíneos especializados en las aletas y patas que tempera estas regiones expuestas del cuerpo. Estas adaptaciones son tan efectivas en la conservación del calor que las especies que viven en regiones templadas suelen sobrecalentarse, para lo cual poseen sus propias adaptaciones, tales como la existencia de áreas de piel desnuda en el rostro, aletas más largas y patas que actúan como radiadores. Igualmente pasan la mayor parte de su tiempo en el agua fría. Otra adaptación térmica se relaciona con el tamaño, ya que las especies templadas son en general pequeñas (el pingüino de las Galápagos es el más pequeño del género Spheniscus) lo que les ayuda a disipar el calor más velozmente que a las especies de mayor tamaño.
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