Jak zwierzęta przetrwają zimno? Antifreeze and Fur to tylko początek

Podczas gdy pogoda na zewnątrz może rzeczywiście przerażać tę zimę, parka, dzianinowy kapelusz, wełniane skarpety, ocieplane buty, a może ryczący ogień czyni rzeczy znośnymi dla ludzi, którzy żyją w zimnym klimacie. Ale co z całą dziką przyrodą? Czy nie zamarzną?

Każdy, kto chodził ze swoim psem, gdy temperatura jest lodowata, wie, że kły zadrżą i faworyzują zimną łapę - co częściowo wyjaśnia boom w przemyśle odzieżowym dla zwierząt domowych. Ale wiewiórki i kardynały nie mają modnych płaszczy ani butów.

W rzeczywistości, zwierzęta mogą ulec odmrożeniom i hipotermii, podobnie jak ludzie i zwierzęta. W północnych Stanach Zjednoczonych niewyraźne ogony oposów są powszechną ofiarą zimnej ekspozycji. Co jakiś czas na Florydzie dochodzi do niezwykłego zimnego pstrykania, w wyniku którego legwany spadają z drzew i manatów umierających z zimnego stresu.

Unikanie zimna jest ważne dla zachowania życia lub kończyny (lub, w przypadku oposa, ogona) i możliwości reprodukcji. Te biologiczne imperatywy oznaczają, że dzika przyroda musi być w stanie odczuwać zimno, aby uniknąć szkodliwych skutków jego skrajności. Gatunki zwierząt mają swój własny odpowiednik do tego, czego doświadczają istoty ludzkie, ponieważ nieprzyjemne gryzienie zmieszane z uczuciem igieł, które nakłania nas do nagrzania się wkrótce lub poniesienia konsekwencji. W rzeczywistości mechanizmy układu nerwowego do wykrywania zakresu temperatur są prawie takie same u wszystkich kręgowców.

Jednym z zimowych wyzwań dla zwierząt ciepłokrwistych lub endoterm, jak wiadomo naukowo, jest utrzymanie wewnętrznej temperatury ciała w zimnych warunkach. Co ciekawe, progi wykrywania temperatury mogą się różnić w zależności od fizjologii. Na przykład żaba z zimną krwią - to znaczy ektotermiczna - wyczuje zimny rozruch w niższej temperaturze w porównaniu z myszą. Ostatnie badania pokazują, że zimujące ssaki, jak trzynastoliniowa wiewiórka, nie czują zimna aż do niższych temperatur niż endotermy, które nie hibernują.

Zwierzęta wiedzą, kiedy jest zimno, tylko w różnych temperaturach. Kiedy rtęć spada, czy cierpią dzikie zwierzęta, czy po prostu płyną z lodowatym strumieniem?

Jedno rozwiązanie: zwolnij i wyewidencjonuj

Wiele endoterm zimnego klimatu wykazuje torpor: stan zmniejszonej aktywności. Wyglądają jak śpią. Ponieważ zwierzęta zdolne do marnowania na przemian regulują wewnętrznie temperaturę ciała i pozwalają środowisku wpływać na nią, naukowcy uważają je za „heterotermy”. W trudnych warunkach ta elastyczność oferuje zaletę niższej temperatury ciała - szczególnie u niektórych gatunków, nawet poniżej Temperatura zamarzania 32 stopni Fahrenheita - to nie jest zgodne z wieloma funkcjami fizjologicznymi. Rezultatem jest niższa szybkość metabolizmu, a tym samym niższe zapotrzebowanie na energię i żywność. Hibernacja to przedłużona wersja letargu.

Torpor przynosi korzyści w zakresie oszczędzania energii w szczególności dla dzikiej przyrody - pomyśl o nietoperzach, ptakach śpiewających i gryzoniach. Naturalnie tracą ciepło szybciej, ponieważ powierzchnia ich ciała jest duża w porównaniu z ich całkowitym rozmiarem. Aby utrzymać temperaturę ciała w normalnym zakresie, muszą wydać więcej energii w porównaniu ze zwierzęciem o większym ciele. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku ptaków, które utrzymują wyższe średnie temperatury ciała w porównaniu do ssaków.

Niestety torpor nie jest idealnym rozwiązaniem dla przetrwania lodowatych warunków, ponieważ wiąże się z kompromisami, takimi jak większe ryzyko zostania obiadem innego zwierzęcia.

Adaptacje, które pomagają

Nic dziwnego, że zwierzęta rozwinęły inne adaptacje do wietrzenia miesięcy zimowych.

Gatunki dzikiej przyrody w północnych szerokościach geograficznych są zazwyczaj większe z mniejszymi przydatkami niż ich bliscy krewniacy bliżej tropików. Wiele zwierząt rozwinęło zachowania, aby pomóc im pokonać zimno: pasterstwo, denning, rycie i nocowanie w ubytkach są dobrymi mechanizmami obronnymi. Niektóre zwierzęta doświadczają zmian fizjologicznych, gdy zbliża się zima, budując rezerwy tłuszczu, rosnące grubsze futro i zatrzymując izolującą warstwę powietrza na skórze pod futrem lub piórami.

Natura opracowała inne zgrabne sztuczki, aby pomóc różnym zwierzętom radzić sobie z warunkami, których ludzie na przykład nie byliby w stanie znieść.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak gęsi mogą wydawać się stać wygodnie na lodzie lub wiewiórkach w śniegu na gołych stopach? Sekretem jest bliskość tętnic i żył w ich kończynach, która tworzy gradient ocieplenia i chłodzenia. Gdy krew z serca przemieszcza się do palców, ciepło z tętnicy przenosi się do żyły niosąc zimną krew z palców z powrotem do serca. Ta przeciwprądowa wymiana ciepła pozwala, aby rdzeń ciała pozostawał ciepły, jednocześnie ograniczając utratę ciepła, gdy kończyny są zimne, ale nie tak zimne, że dochodzi do uszkodzenia tkanki. Ten wydajny system jest używany przez wiele ptaków i ssaków lądowych i wodnych, a nawet wyjaśnia, w jaki sposób zachodzi wymiana tlenu w skrzelach ryb.

Skoro mowa o rybach, jak nie zamarzają od wewnątrz na lodowatych wodach? Na szczęście lód unosi się, ponieważ woda jest najbardziej gęsta jako ciecz, umożliwiając rybom swobodne pływanie w niezmrożonych temperaturach poniżej zestalonej powierzchni. Ponadto rybom może brakować receptora wyczuwającego zimno, który jest wspólny dla innych kręgowców. Mają jednak unikalne enzymy, które umożliwiają kontynuowanie funkcji fizjologicznych w niższych temperaturach. W regionach polarnych ryby mają nawet specjalne „białka przeciw zamarzaniu”, które wiążą się z kryształkami lodu we krwi, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się krystalizacji.

Inną tajną bronią u ssaków i ptaków podczas długich okresów zimnej ekspozycji jest brązowa tkanka tłuszczowa lub „brązowy tłuszcz”, który jest bogaty w mitochondria. Nawet u ludzi te struktury komórkowe mogą uwalniać energię w postaci ciepła, generując ciepło bez skurczów mięśni i nieefektywności energetycznej związanej z dreszczami, w inny sposób ciało próbuje się rozgrzać. Ta nie drżąca produkcja ciepła prawdopodobnie wyjaśnia, dlaczego ludzie w Anchorage mogą zadowolić się szortami i koszulkami w wiosenny dzień o temperaturze 40 stopni Fahrenheita.

Oczywiście migracja może być opcją - choć jest kosztowna pod względem kosztów energetycznych dla dzikiej przyrody i finansowo dla osób, które chcą zbliżyć się do równika.

Jako gatunek, ludzie mają zdolność do pewnego stopnia się zaaklimatyzować - niektórzy z nas bardziej niż inni - ale nie jesteśmy specjalnie przystosowani do zimna. Może dlatego trudno jest wyglądać przez okno w chłodny dzień i nie czuć się źle, gdy wiewiórka schowana w dół, gdy zimowy wiatr przebija futro. Możemy nigdy nie wiedzieć, czy zwierzęta boją się zimy - trudno jest ocenić ich subiektywne doświadczenie. Ale dzikie zwierzęta mają wiele strategii, które poprawiają ich zdolność do wytrzymywania zimna, upewniając się, że dożyją kolejnej wiosny.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Bridget B. Baker. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.