Hvordan overlever dyrene kulden? Antifreeze and Fur er lige begyndelsen

Mens vejret udenfor måske bliver skræmmende i vinter, en parka, strik hat, uldsstole, isolerede støvler og måske en brølende ild gør ting tåleligt for folk der lever i kolde klimaer. Men hvad med alt dyrelivet derude? Vil de ikke indefryse?

Enhver, der har vandret deres hund, når temperaturen er frigid, ved, at hjørnetænder vil ryste og favorisere en kold pote - hvilket delvis forklarer bommen i dyrebeklædningsindustrien. Men chipmunks og kardinaler får ikke fashionable frakker eller støvler.

Faktisk kan dyreliv bukke under for frost og hypothermi, ligesom mennesker og kæledyr. I de nordlige Forenede Stater er de uvævede haler af opossums et almindeligt tilfælde af kold eksponering. Enhver så ofte et usædvanligt koldt snap i Florida resulterer i iguaner, der falder fra træer og manater, der dør af kold stress.

At undgå koldt er vigtigt for at bevare liv eller lemmer (eller i opossum sagen hale) og muligheden for at reproducere. Disse biologiske imperativer betyder, at dyrelivet skal kunne føle sig koldt for at forsøge at undgå de skadelige virkninger af dets ekstremer. Dyreart har deres egen ækvivalent med det, som mennesker oplever som den ubehagelige bidning blandet med en pins og nål sensation, der opfordrer os til at varme op snart eller lide konsekvenserne. Faktisk er nervesystemets mekanismer til at registrere en række temperaturer stort set de samme blandt alle hvirveldyr.

En vinterudfordring for varmblodede dyr eller endotermier, som de er videnskabeligt kendte, er at bevare deres indre kropstemperatur under kolde forhold. Interessant nok kan temperaturføler tærskler variere afhængigt af fysiologi. For eksempel vil en koldblod - det vil sige ektotermisk - frøen føle sig kold, der starter ved en lavere temperatur sammenlignet med en mus. Nylige undersøgelser viser, at dvaletilførende pattedyr, som den tretten fodede jordkorn, ikke mærker kulden, indtil lavere temperaturer end endotermer, som ikke dvælger.

Så dyr ved, når det er koldt, bare ved forskellige temperaturer. Når kviksølv plummets, er dyrelivet lidelse eller bare med det iskalde flow?

Én løsning: Slow Down og Check Out

Mange kolde-endoterme udviser torpor: en tilstand med nedsat aktivitet. De ligner, at de sover. Fordi dyr, der er i stand til at skifte mellem at regulere deres kropstemperatur internt og lade miljøet påvirke det, betragter forskere dem "heterotermer". Under svære forhold giver denne fleksibilitet fordelene ved lavere kropstemperatur - bemærkelsesværdigt hos nogle arter, endda under 32 grader Fahrenheit frysepunkt - det er ikke kompatibelt med mange fysiologiske funktioner. Resultatet er en lavere metabolisk hastighed og dermed lavere energi- og fødevareefterspørgsel. Dvale er en langvarig version af torpor.

Torpor har energibesparelsesfordele til især mindrefysiske dyreliv - tænke flagermus, sangfugle og gnavere. De taber naturligvis hurtigere, fordi overfladen af ​​deres krop er stor i forhold til deres overordnede størrelse. For at opretholde deres kropstemperatur inden for normal rækkevidde skal de bruge mere energi i forhold til et større dyr. Dette gælder især for fugle, der opretholder højere gennemsnitlige kropstemperaturer i forhold til pattedyr.

Desværre er torpor ikke en perfekt løsning på overlevende fugtige forhold, da det kommer med trade-offs, såsom en højere risiko for at blive et andet dyrs frokost.

Tilpasninger, der hjælper

Det er overraskende, at dyr har udviklet andre tilpasninger til at forvitre vintermånederne.

Vildtlevende arter på nordlige breddegrader har en tendens til at være større med mindre vedhæng end deres nære slægtninge tættere på troperne. Mange dyr har udviklet adfærd for at hjælpe dem med at slå forkølelsen: Herding, denning, burrowing og roosting i hulrum er alle gode forsvar. Og nogle dyr oplever fysiologiske forandringer, når vinteren nærmer sig, bygger fedtreserver, vokser tykkere pels og fanger et isolerende lag af luft mod huden under pels eller fjer.

Naturen har udtænkt andre pæne tricks for at hjælpe forskellige dyr med at håndtere forhold, som mennesker for eksempel ikke ville kunne udholde.

Har du nogensinde spekuleret på, hvordan gæs kan synes at stå komfortabelt på is eller egern i sne i deres bare fødder? Hemmeligheden er nærhed af arterier og vener i deres ekstremiteter, der skaber en gradient af opvarmning og afkøling. Som blod fra hjertet rejser til tæerne, overføres varmen fra arterien til venen, der bærer koldt blod fra tæerne tilbage til hjertet. Denne modstrøms varmeveksling gør det muligt for kerne i kroppen at forblive varm, mens begrænsning af varmetab, når ekstremiteterne er kolde, men ikke så kolde, at vævsskade opstår. Dette effektive system anvendes af mange jord- og vandfugle og pattedyr, og forklarer endda, hvordan iltudveksling forekommer i fiskens gæller.

Når man taler om fisk, hvordan fryser de ikke indefra i iskalde? Heldigvis flyder isen, fordi vand er mest tæt som en væske, der tillader fisk at svømme frit i ikke-temmelig frysende temperaturer under den størkne overflade. Derudover kan fisken mangle den koldfølsomme receptor deles af andre hvirveldyr. De har imidlertid unikke enzymer, der tillader fysiologiske funktioner at fortsætte ved koldere temperaturer. I polare områder har fisk selv særlige "frostbeskyttelsesproteiner", der binder til iskrystaller i deres blod for at forhindre udbredt krystallisation.

Et andet hemmeligt våben i pattedyr og fugle i lange perioder med kold eksponering er brunt fedtvæv eller "brunt fedt", der er rigt på mitokondrier. Selv hos mennesker kan disse cellulære strukturer frigive energi som varme, der genererer varme uden muskelkontraktioner og energi ineffektivitet involveret i rystelser, en anden måde kroppen forsøger at varme op. Denne ikke-rystende varmeproduktion forklarer nok, hvorfor folk i Anchorage med tilfredshed kan bære shorts og T-shirts på en 40-graders Fahrenheit-forårsdage.

Selvfølgelig kan migration være en mulighed - selvom det er dyrt med hensyn til energiske omkostninger for dyrelivet og økonomisk for folk, der ønsker at gå tættere på ækvator.

Som en art har mennesker mulighed for at akklimatisere i en grad - nogle af os mere end andre - men vi er ikke særlig koldt tilpassede. Måske er det derfor svært at se ud af vinduet på en frigid dag og ikke føle sig dårligt for et egern, der kramper ned som vintervinden piske gennem pelsen. Vi kan aldrig vide, om dyr frygter vinteren - det er svært at måle deres subjektive oplevelse. Men dyrelivet har en række strategier, der forbedrer deres evne til at modstå forkølelsen, og sørger for at de lever for at se en anden forår.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Bridget B. Baker. Læs den oprindelige artikel her.