Як тварини переживають холод? Антифриз і хутро - це тільки початок

Хоча погода зовні може справді стати страшною цієї зими, парка, в'язана капелюх, шерстяні шкарпетки, утеплені чоботи, і, можливо, ревучий вогонь роблять речі стерпними для людей, які живуть у холодному кліматі. Але як щодо всієї дикої природи? Чи не будуть вони замерзати?

Будь-хто, хто ходить зі своєю собакою, коли температура холодна, знає, що собаки будуть тремтіти і віддаватимуть холодну лапу - що частково пояснює бум у галузі одягу для тварин. Але бурундуки і кардинали не отримують модних пальто або пінетки.

Фактично, жива природа може піддатися обмороженням та переохолодженням, як і люди та домашні тварини. У північній частині Сполучених Штатів незміщені хвости опосумів є поширеним випадком холодового впливу. Часто незвичайне похолодання у Флориді призводить до того, що ігуани, що падають з дерев і ламантин, гинуть від холодного стресу.

Уникнення холоду є важливим для збереження життя або кінцівки (або, у випадку опосума, хвоста) і можливості для відтворення. Ці біологічні імперативи означають, що дика природа повинна відчувати холод, щоб уникнути шкідливих наслідків її крайнощів. Види тварин мають свій власний еквівалент того, що людські істоти відчувають як той неприємний кусання, змішаний з відчуттями шпильки і голки, які спонукають нас зігрітися або терпіти наслідки. Насправді, механізми нервової системи для визначення діапазону температур майже однакові для всіх хребетних.

Однією зимовою проблемою для теплокровних тварин або ендотерм, як вони науково відомі, є підтримка внутрішньої температури тіла в холодних умовах. Цікаво, однак, поріг чутливості до температури може змінюватися в залежності від фізіології. Наприклад, холоднокровна - тобто ектотермічна - жаба відчує холодний старт при більш низькій температурі в порівнянні з мишею. Недавні дослідження показують, що зимуючі ссавці, як і тринадцятирічна земляка, не відчувають холод до нижчих температур, ніж ендотерми, які не спляться.

Таким чином, тварини знають, коли холодно, тільки при різних температурах. Коли ртуть падає, чи страждають дикі тварини або просто йдуть з крижаною течією?

Одне рішення: уповільнення та виведення

Багато холодно-кліматичних ендотерм виявляють затримку: стан зниженої активності. Вони виглядають так, як вони сплять. Оскільки тварини, здатні до спотворення, чергуються між внутрішнім регулюванням температури тіла і дозволяють навколишньому середовищу впливати на неї, вчені вважають їх «гетеротермами». Під час суворих умов ця гнучкість надає перевагу нижчій температурі тіла - особливо в деяких видах, навіть нижче 32 градуси за Фаренгейтом - це не сумісна з багатьма фізіологічними функціями. Результатом є більш низький рівень метаболізму, а отже, і зниження енергетичного і продовольчого попиту. Зимовий сплячий режим є тривалою версією затьмарення.

Torpor має енергозберігаючі переваги для менших живих тварин, зокрема - думки кажанів, співочих птахів і гризунів. Вони природно втрачають тепло швидше, оскільки площа їхнього тіла велика в порівнянні з їх загальним розміром. Щоб підтримувати температуру тіла в межах нормального діапазону, вони повинні витрачати більше енергії в порівнянні з більш здоровою твариною. Це особливо вірно для птахів, які підтримують більш високі середні температури тіла порівняно з ссавцями.

На жаль, затьмарення не є ідеальним рішенням для збереження холодних умов, оскільки воно відбувається з компромісами, такими як підвищений ризик стати обідом іншої тварини.

Адаптації, які допомагають

Не дивно, що тварини розвивали інші пристосування для вивітрювання зимових місяців.

Види дикої природи в північних широтах, як правило, більші з меншими придатками, ніж їх близькі родичі, ближче до тропіків. Багато тварин розвивали поведінку, щоб допомогти їм перемогти холод: пастуші, деннінг, заривання, носіння в порожнинах - хороша оборона. І деякі тварини відчувають фізіологічні зміни, коли зима наближається, будує запаси жиру, росте більш густе хутро, і захоплює ізолюючий шар повітря від шкіри під хутром або пір'ям.

Природа придумала інші акуратні трюки, щоб допомогти різним тваринам впоратися з умовами, які люди, наприклад, не зможуть витримати.

Ви коли-небудь замислювалися про те, як гуси можуть стояти комфортно на льоду або білки в снігу на босих ногах? Секрет полягає в тісній близькості артерій і вен на їх кінцівках, що створює градієнт потепління і охолодження. Як кров з серця подорожує до пальців, тепло від артерії переноситься до вени, що переносить холодну кров з ніг назад до серця. Цей протиточний теплообмін дозволяє серцевині тіла залишатися теплими, обмежуючи втрати тепла, коли кінцівки холодні, але не настільки холодні, що відбувається пошкодження тканин. Ця ефективна система використовується багатьма наземними і водними птахами і ссавцями, і навіть пояснює, як відбувається обмін киснем у жабрах риб.

Говорячи про рибу, як вони не замерзають зсередини в крижаній воді? На щастя, лід плаває, тому що вода найбільш щільна, як рідина, що дозволяє рибам вільно плавати в не зовсім замерзаючих температурах нижче затверділої поверхні. Крім того, риба може не мати рецептора холодного сприйняття, яке поділяють інші хребетні. Вони, однак, мають унікальні ферменти, які дозволяють фізіологічним функціям продовжуватися при більш низьких температурах. У полярних регіонах у риб навіть є спеціальні «антифризові білки», які зв'язуються з кристалами льоду в крові, щоб запобігти поширеній кристалізації.

Ще однією секретною зброєю у ссавців і птахів протягом тривалого періоду холоду є коричнева жирова тканина або «коричневий жир», багатий мітохондріями. Навіть у людей ці клітинні структури можуть виділяти енергію як тепло, генеруючи тепло без скорочень м'язів і енергетичної неефективності, що беруть участь у тремтінні, іншим способом тіла намагається нагрітися. Це не тремтяче виробництво тепла, ймовірно, пояснює, чому люди в Анкоріджі з задоволенням можуть носити шорти і футболки на весняний день по Фаренгейту на 40 градусів.

Звичайно, міграція може бути варіантом - хоча вона є дорогою з точки зору енергетичних витрат для дикої природи, і фінансово для людей, які хочуть наблизитися до екватора.

Як вид людські істоти мають здатність акліматизуватися певною мірою - деякі з нас більше, ніж інші - але ми не особливо пристосовані до холоду. Можливо, тому важко дивитися у вікно на холодний день і не погано поводитися з білочкою, що схилилася, коли зимовий вітер пробиває його хутро. Ми ніколи не зможемо дізнатися, чи страждають тварини взимку - важко оцінити їх суб'єктивний досвід. Але у диких тварин є різні стратегії, які покращують їхню здатність протистояти холоду, переконавшись, що вони живуть, щоб побачити ще одну весну.

Ця стаття була спочатку опублікована на бесіді Бріджит Б. Бейкер. Читайте оригінальну статтю тут.