Как животные переживают холод? Антифриз и мех - это только начало

В то время как погода снаружи может действительно испугаться этой зимой, парка, вязаная шапка, шерстяные носки, утепленные ботинки и, возможно, ревущий огонь делают вещи невыносимыми для людей, которые живут в холодном климате. Но как насчет всей дикой природы там? Не замерзнут ли они?

Любой, кто выгуливал свою собаку, когда температура холодная, знает, что клыки дрожат и предпочитают холодную лапу - что частично объясняет бум в индустрии одежды для домашних животных. Но бурундуки и кардиналы не получают модные пальто или пинетки.

Фактически, дикая природа может поддаться обморожению и переохлаждению, как люди и домашние животные. В северной части Соединенных Штатов необожженные хвосты опоссумов являются обычной жертвой воздействия холода. Время от времени необычные похолодания во Флориде приводят к тому, что игуаны падают с деревьев, а ламантины умирают от холодного стресса.

Избегание простуды важно для сохранения жизни или здоровья (или, в случае опоссума, хвоста) и возможности размножения. Эти биологические императивы означают, что дикая природа должна уметь чувствовать холод, чтобы попытаться избежать разрушительного воздействия ее крайностей. Виды животных имеют свой собственный эквивалент того, что люди испытывают, как этот неприятный укус, смешанный с ощущением иголки и булавки, которое побуждает нас скоро согреться или перенести последствия. На самом деле механизмы нервной системы для определения диапазона температур практически одинаковы у всех позвоночных.

Одной из зимних задач для теплокровных животных или эндотерм, как они известны с научной точки зрения, является поддержание их внутренней температуры тела в холодных условиях. Интересно, что пороги восприятия температуры могут варьироваться в зависимости от физиологии. Например, хладнокровная, то есть экзотермическая лягушка будет чувствовать холод, начиная с более низкой температуры по сравнению с мышью. Недавние исследования показывают, что зимующие млекопитающие, такие как тринадцатилетний суслик, не чувствуют холода до более низких температур, чем эндотермы, которые не впадают в спячку.

Так что животные знают, когда холодно, просто при разных температурах. Когда ртуть падает, страдают дикие животные или просто движутся по льду?

Одно из решений: замедление и проверка

Многие эндотермы холодного климата проявляют оцепенение: состояние пониженной активности. Они выглядят так, как будто они спят. Поскольку животные, способные к оцепенению, чередуют внутреннее регулирование температуры своего тела и позволяют окружающей среде влиять на него, ученые считают их «гетеротермами». В суровых условиях эта гибкость дает преимущество более низкой температуры тела - что заметно у некоторых видов, даже ниже Точка замерзания 32 градуса по Фаренгейту - это несовместимо со многими физиологическими функциями. В результате снижается скорость метаболизма и, следовательно, снижается потребность в энергии и пище. Гибернация - это продолжительная версия оцепенения.

Torpor обладает преимуществами энергосбережения, в частности, для диких животных, таких как летучие мыши, певчие птицы и грызуны. Они естественным образом теряют тепло быстрее, потому что площадь их тела велика по сравнению с их общим размером. Чтобы поддерживать температуру своего тела в пределах нормы, они должны расходовать больше энергии по сравнению с более крупным животным. Это особенно верно для птиц, которые поддерживают более высокие средние температуры тела по сравнению с млекопитающими.

К сожалению, оцепенение не является идеальным решением для выживающих холодных условий, поскольку оно сопряжено с компромиссами, такими как более высокий риск превращения в обед другого животного.

Адаптации, которые помогают

Неудивительно, что у животных появились другие приспособления для выветривания в зимние месяцы.

Дикие животные в северных широтах имеют тенденцию быть более крупными с меньшими придатками, чем их близкие родственники ближе к тропикам. Многие животные развивали свое поведение, чтобы помочь им справиться с простудой: скотоводство, деннинг, копание и ночевка в полостях - все это хорошая защита. А некоторые животные испытывают физиологические изменения по мере приближения зимы, наращивания запасов жира, наращивания густого меха и удержания изолирующего слоя воздуха на коже под мехом или перьями.

Природа разработала другие хитрые уловки, чтобы помочь различным животным справиться с условиями, которые люди, например, не смогли бы вынести.

Задумывались ли вы, как гуси могут казаться комфортно стоять на льду или белки в снегу босиком? Секрет заключается в непосредственной близости артерий и вен их конечностей, что создает градиент потепления и охлаждения. Когда кровь из сердца перемещается к пальцам, тепло из артерии передается в вену, перенося холодную кровь от пальцев к сердцу. Этот противоточный теплообмен позволяет сердцу тела оставаться теплым, в то же время ограничивая потерю тепла, когда конечности холодные, но не настолько холодные, чтобы происходило повреждение тканей. Эта эффективная система используется многими наземными и водными птицами и млекопитающими и даже объясняет, как происходит обмен кислорода в жабрах рыб.

Говоря о рыбах, как они не замерзают изнутри в ледяных водах? К счастью, лед плавает, потому что вода является самой плотной в виде жидкости, что позволяет рыбе свободно плавать при не совсем морозных температурах ниже затвердевшей поверхности. Кроме того, у рыб может отсутствовать чувствительный к холоду рецептор, характерный для других позвоночных. Однако у них есть уникальные ферменты, которые позволяют физиологическим функциям сохраняться при более низких температурах. В полярных регионах у рыб даже есть специальные «антифризные белки», которые связываются с кристаллами льда в их крови, чтобы предотвратить широкую кристаллизацию.

Другим секретным оружием у млекопитающих и птиц во время длительных периодов воздействия холода является коричневая жировая ткань или «коричневый жир», который богат митохондриями. Даже у людей эти клеточные структуры могут выделять энергию в виде тепла, генерируя тепло без мышечных сокращений и энергетической неэффективности, связанной с дрожью, еще одним способом, которым организм пытается нагреться. Это не дрожащее тепло, вероятно, объясняет, почему люди в Анкоридже могут довольно носить шорты и футболки в весенний день по 40 градусов по Фаренгейту.

Конечно, миграция может быть вариантом - хотя это дорого с точки зрения энергетических затрат на дикую природу и в финансовом отношении для людей, которые хотят приблизиться к экватору.

Как вид, люди обладают способностью акклиматизироваться до некоторой степени - некоторые из нас больше, чем другие - но мы не особенно адаптированы к холоду. Возможно, именно поэтому в холодный день трудно выглянуть в окно и не чувствовать себя плохо, когда белка присела на корточки, когда зимний ветер пронзает ее мех. Возможно, мы никогда не узнаем, боятся ли животные зимы - трудно оценить их субъективный опыт. Но у дикой природы действительно есть множество стратегий, которые улучшают их способность противостоять холоду, гарантируя, что они доживут до новой весны.

Эта статья была первоначально опубликована в «Беседе» Бриджит Б. Бейкер. Прочитайте оригинальную статью здесь.