Ako zvieratá prežijú chlad? Nemrznúca zmes a kožušina sú len začiatok

Zatiaľ čo počasie vonku môže byť v zime naozaj strašné, parka, pletená čiapka, vlnené ponožky, izolované topánky a možno aj burácanie ohňa robia veci znesiteľné pre ľudí, ktorí žijú v chladnom podnebí. Ale čo tá divá zver tam vonku? Neboli zmrazené?

Každý, kto chodil so svojím psom, keď sú teploty chladné, vie, že očné psy sa budú triasť a uprednostňovať studenú labku - čo čiastočne vysvetľuje boom v pet odevnom priemysle. Ale chipmunks a kardináli nemajú módne kabáty ani topánky.

V skutočnosti, voľne žijúcich živočíchov môže podľahnúť omrzliny a podchladenie, rovnako ako ľudia a domáce zvieratá. V severných Spojených štátoch, neistý chvosty vačice sú bežnou obeťou studenej expozície. Každý tak často nezvyčajné chladné snap na Floride výsledky iguanas padajúce zo stromov a manatees umierajú na studený stres.

Vyhnutie sa prechladnutiu je dôležité pre zachovanie života alebo končatiny (alebo v prípade vačice, chvosta) a možnosti reprodukcie. Tieto biologické imperatívy znamenajú, že voľne žijúce živočíchy musia byť schopné cítiť sa zima, aby sa pokúsili vyhnúť škodlivým účinkom svojich extrémov. Druhy zvierat majú svoj vlastný ekvivalent toho, čo ľudia vnímajú ako nepríjemné hryzenie zmiešané s pocitom špendlíkov a ihiel, ktoré nás nabádajú, aby sa čoskoro zahriali alebo utrpeli následky. Mechanizmus nervového systému na snímanie teplôt je v podstate rovnaký u všetkých stavovcov.

Jednou zimnou výzvou pre teplokrvné zvieratá alebo endotermy, ako sú vedecky známe, je udržanie ich vnútornej telesnej teploty v chladných podmienkach. Je zaujímavé, že prahy snímania teploty sa môžu líšiť v závislosti od fyziológie. Napríklad, chladnokrvný - to znamená, ekotermický - žaba bude cítiť studený štart pri nižšej teplote v porovnaní s myšou. Nedávny výskum ukazuje, že hibernácie cicavcov, ako napríklad trinásť-lemovaná veverička, necítia zimu až do nižších teplôt ako endotermy, ktoré nie sú v režime spánku.

Takže zvieratá vedia, kedy je zima, len pri rôznych teplotách. Keď ortuť klesne, trpia divokou zverou, alebo len s ľadovým prúdom?

Jedno riešenie: Spomalenie a kontrola

Mnohé endotermy so studenou klímou vykazujú torpor: stav zníženej aktivity. Vyzerajú, že spia. Pretože zvieratá schopné torpora striedajú vnútornú reguláciu svojej telesnej teploty a umožňujú jej ovplyvniť prostredie, vedci ich považujú za „heterotermy“. V drsných podmienkach táto flexibilita ponúka výhodu nižšej telesnej teploty - pozoruhodne u niektorých druhov, dokonca pod hranicou Bod mrazu 32 stupňov Fahrenheita - to nie je kompatibilné s mnohými fyziologickými funkciami. Výsledkom je nižšia rýchlosť metabolizmu, a tým aj nižší dopyt po energii a potravinách. Hibernácia je predĺžená verzia torpor.

Torpor má prínosy pre úsporu energie najmä pre menšie živočíchy - myslia si netopiere, spevavé vtáky a hlodavce. Prirodzene strácajú teplo rýchlejšie, pretože povrch ich tela je veľký v porovnaní s ich celkovou veľkosťou. Aby si udržali svoju telesnú teplotu v normálnom rozsahu, musia vynaložiť viac energie v porovnaní s väčším zvieraťom. To platí najmä pre vtáky, ktoré udržujú vyššie priemerné telesné teploty v porovnaní s cicavcami.

Bohužiaľ, torpor nie je dokonalým riešením pre prežitie frigidných podmienok, pretože prichádza s kompromismi, ako je vyššie riziko, že sa stanete obedom ďalšieho zvieraťa.

Prispôsobenia, ktoré pomáhajú

Nie je prekvapením, že zvieratá vyvinuli ďalšie úpravy na zvetrávanie zimných mesiacov.

Druhy voľne žijúcich živočíchov v severných zemepisných šírkach majú tendenciu byť väčšie s menšími koncami než ich blízki príbuzní bližšie k tropom. Mnohé zvieratá sa vyvinuli správanie, aby im pomohli poraziť zimu: stádo, denning, hrabanie a hniezdenie v dutinách sú dobrou obranou. A niektoré zvieratá prežívajú fyziologické zmeny ako zimné prístupy, budovanie tukových zásob, rastúce hustejšie kožušiny a zachytávanie izolačnej vrstvy vzduchu proti koži pod kožušinou alebo perím.

Príroda vymyslela ďalšie šikovné triky, ktoré pomôžu rôznym zvieratám vyrovnať sa s podmienkami, ktoré by ľudia nemohli vydržať.

Premýšľali ste niekedy, ako sa husi môžu zdať, že sa pohodlne postavia na ľade alebo veveričky v snehu v bosých nohách? Tajomstvo je blízkosť tepien a žíl v končatinách, ktoré vytvárajú gradient otepľovania a ochladzovania. Ako krv zo srdca putuje do nôh, teplo z tepny sa prenáša do žily, ktorá nesie studenú krv od prstov späť k srdcu. Táto protiprúdová tepelná výmena umožňuje, aby jadro tela zostalo teplé, pričom obmedzuje tepelné straty, keď sú končatiny studené, ale nie tak chladné, že dochádza k poškodeniu tkaniva. Tento účinný systém používajú mnohé suchozemské a vodné vtáky a cicavce a dokonca vysvetľuje, ako dochádza k výmene kyslíka v žiabrových rybách.

Keď už hovoríme o rybách, ako nezmrznú zvnútra von z ľadovej vody? Našťastie, ľad sa vznáša, pretože voda je najviac hustá ako kvapalina, čo umožňuje rybám voľne plávať v nie celkom-mrazivých teplotách pod spevneným povrchom. Okrem toho ryby môžu mať nedostatok receptora na snímanie za studena zdieľaného inými stavovcami. Majú však jedinečné enzýmy, ktoré umožňujú fyziologické funkcie pokračovať pri chladnejších teplotách. V polárnych oblastiach majú ryby dokonca špeciálne „nemrznúce proteíny“, ktoré sa viažu na ľadové kryštály v krvi, aby sa zabránilo rozšírenej kryštalizácii.

Ďalšou tajnou zbraňou u cicavcov a vtákov počas dlhých období studenej expozície je hnedé tukové tkanivo alebo „hnedý tuk“, ktorý je bohatý na mitochondrie. Aj u ľudí môžu tieto bunkové štruktúry uvoľňovať energiu ako teplo, vytvárať teplo bez toho, aby svalové kontrakcie a energetická neefektívnosť zapríčinili chvenie, inak sa telo snaží zahriať. Táto produkcia tepla, ktorá nepochádza z triašania, pravdepodobne vysvetľuje, prečo ľudia v Anchorage môžu spokojne nosiť kraťasy a tričká na jarný deň 40 stupňov Fahrenheita.

Samozrejme, migrácia môže byť možnosťou - aj keď je to drahé z hľadiska energetických nákladov pre voľne žijúce zvieratá a finančne pre ľudí, ktorí sa chcú priblížiť k rovníku.

Ako druh majú ľudia schopnosť aklimatizovať sa do určitej miery - niektorí z nás viac ako iní - ale nie sme obzvlášť chladní. Možno je to preto, že je ťažké pozrieť sa z okna na chladný deň a necítiť sa zle veveričke, ktorá sa prehrabla, keď zimný vietor bičuje cez kožušinu. Možno sa nikdy nedozvieme, či zvieratá strašia zimu - je ťažké odhadnúť ich subjektívny zážitok. Ale voľne žijúce zvieratá majú rôzne stratégie, ktoré zlepšujú ich schopnosť odolať chladu, aby sa ubezpečil, že žijú vidieť ďalšie jar.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Bridget B. Baker. Prečítajte si pôvodný článok.