Hvordan overlever dyrene det kalde? Frostvæske og pels er bare begynnelsen

Mens været utenfor kan faktisk bli skremmende i vinter, en parka, strikket lue, ullsokker, isolerte støvler, og kanskje en brølende brann gjør ting tålelig for folk som lever i kalde klima. Men hva med alt dyrelivet der ute? Vil de ikke fryse?

Alle som har gått hunden sin når temperaturen er frigid vet at hjørnetenner vil rive og favorisere en kald pote - noe som delvis forklarer bommen i kjæledyrbekledningsindustrien. Men chipmunks og kardinaler får ikke fasjonable strøk eller støvler.

Faktisk kan dyreliv bukke for frost og hypotermi, akkurat som mennesker og kjæledyr. I det nordlige USA er de ufjerne haler av opossums et vanlig tilfelle av kald eksponering. Hver så ofte fører et uvanlig kaldt snap i Florida til iguaner som faller fra trær og manater som dør av kaldt stress.

Å unngå kulde er viktig for å bevare liv eller lemmer (eller i oppossum saken, halen) og muligheten til å reprodusere. Disse biologiske imperativene betyr at dyreliv må kunne føles kaldt for å forsøke å unngå de skadelige effektene av ekstremene. Dyrtyper har deres egenverdighet til det menneskene opplever som den ubehagelige bite blandet med en pins-and-nål sensasjon som oppfordrer oss til å varme opp snart eller lide konsekvensene. Faktisk er nervesystemmekanismer for å oppdage et temperaturområde stort sett det samme blant alle vertebrater.

En vinterutfordring for varmblodige dyr eller endotermier, som de er vitenskapelig kjente, er å opprettholde sin indre kroppstemperatur under kalde forhold. Interessant kan temperaturavkjenningsgrenser variere avhengig av fysiologi. For eksempel vil en kaldblodet - det vil si ektotermisk - frosk føle seg kald, og starter ved lavere temperatur enn mus. Nylig forskning viser at dvalemoduspattedyr, som den tretten linjede ekorn, ikke føler forkjølingen til lavere temperaturer enn endotermier som ikke dvale.

Så dyr vet når det er kaldt, bare ved varierende temperaturer. Når kvikksølv plummet, er det dyreliv som lider eller bare går med den isete strømmen?

En løsning: Slow Down og Check Out

Mange kalde klimaendotermer utviser torpor: en tilstand med nedsatt aktivitet. De ser ut som de sover. Fordi dyr som er i stand til å skifte mellom å regulere kroppstemperaturen internt og tillate miljøet å påvirke det, vurderer forskerne dem "heterotermer". Under sterke forhold gir denne fleksibiliteten fordelen av lavere kroppstemperatur - bemerkelsesverdig hos enkelte arter, selv under 32 grader Fahrenheit frysepunkt - det er ikke kompatibelt med mange fysiologiske funksjoner. Resultatet er en lavere metabolisk hastighet, og dermed lavere energi og mat etterspørsel. Hibernation er en langvarig versjon av torpor.

Torpor har energibesparelsesfordeler spesielt for mindre livlige dyreliv - tenk flaggermus, sangfugler og gnagere. De taper naturligvis varme raskere fordi overflaten av kroppen deres er stor i forhold til deres samlede størrelse. For å opprettholde kroppstemperaturen innenfor normal rekkevidde må de bruke mer energi enn et større dyr. Dette gjelder spesielt for fugler som opprettholder høyere gjennomsnittlig kroppstemperatur i forhold til pattedyr.

Dessverre er torpor ikke en perfekt løsning på overlevende frigidforhold siden det kommer med avveier, for eksempel en høyere risiko for å bli et annet dyrs lunsj.

Tilpasninger som hjelper

Ikke overraskende har dyr utviklet andre tilpasninger for å forvitre vintermånedene.

Wildlife arter på nordlige breddegrader tendens til å være større med mindre vedlegg enn deres nære slektninger nærmere tropene. Mange dyr har utviklet seg for å hjelpe dem å slå forkjølelsen: Herding, denning, burrowing og roosting i hulrom er alle gode forsvar. Og noen dyr opplever fysiologiske endringer når vinteren nærmer seg, bygger fettreserver, vokser tykkere pels og fanger et isolerende lag av luft mot huden under pels eller fjær.

Naturen har uttalt andre pene triks for å hjelpe ulike dyr å takle forhold som folk, for eksempel, ikke kunne utholde.

Har du noen gang lurt på hvordan gjess kan synes å stå komfortabelt på is eller ekorn i snø i sine bare føtter? Hemmeligheten er nærhet av arterier og vener i ekstremiteter som skaper en gradient av oppvarming og avkjøling. Som blod fra hjertet beveger seg til tærne, overfører varmen fra arterien til venen som bærer kaldt blod fra tærne tilbake til hjertet. Denne motstrømsvarmeutvekslingen gjør at kjernen i kroppen forblir varm mens det begrenser varmetap når ekstremitetene er kalde, men ikke så kalde at vevskader oppstår. Dette effektive systemet brukes av mange terrestriske og akvatiske fugler og pattedyr, og forklarer selv hvordan oksygenutveksling oppstår i fiskens gjell.

Når de snakker om fisk, hvordan fryser de ikke fra innsiden ut i isete farvann? Heldigvis fløy isen fordi vann er mest tett som en væske, slik at fisken kan svømme fritt i ikke ganske frysende temperaturer under den størkne overflaten. I tillegg kan fisken mangle den kaldfølsomme reseptoren som deles av andre vertebrater. De har imidlertid unike enzymer som tillater fysiologiske funksjoner å fortsette ved kaldere temperaturer. I polare områder har fisken selv spesielle "frostvæskeproteiner" som binder seg til iskrystaller i blodet for å hindre utbredt krystallisering.

Et annet hemmelig våpen i pattedyr og fugler i lange perioder med kald eksponering er brunt fettvev eller "brunt fett", som er rikt på mitokondrier. Selv i mennesker, kan disse cellestrukturene frigjøre energi som varme, og generere varme uten muskelkontraksjonene og energi-ineffektiviteten som er involvert i rysting, på en annen måte kroppen forsøker å varme opp. Denne ikke-rystende varmeproduksjonen forklarer sannsynligvis hvorfor folk i Anchorage kan fornøyd ha på seg shorts og T-skjorter på en 40-graders Fahrenheit-vårdag.

Selvfølgelig kan migrasjon være et alternativ - selv om det er dyrt når det gjelder energiske kostnader for dyreliv, og økonomisk for folk som ønsker å gå nærmere ekvator.

Som en art har mennesker muligheten til å akklimatisere i en grad - noen av oss mer enn andre - men vi er ikke spesielt kaldt tilpassede. Kanskje det er derfor vanskelig å se ut av vinduet på en frigid dag og ikke føle seg dårlig for et ekorn som er ute etter som vintervinden pisker gjennom pelsen. Vi kan aldri vite om dyrene frykter vinteren - det er vanskelig å måle deres subjektive opplevelse. Men dyrelivet har en rekke strategier som forbedrer deres evne til å motstå kulde, og sørger for at de lever for å se en annen vår.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Bridget B. Baker. Les den opprinnelige artikkelen her.