Hur överlever djuren kölden? Antifreeze och päls är bara början

Även om vädret ute kan bli skrämmande i vinter, en parka, knäppad hatt, ullsockor, isolerade stövlar och kanske en brännande eld gör saker tåliga för människor som lever i kalla klimat. Men hur är det med alla vilda djur där ute? Kommer de inte att frysa?

Vem som helst som vandrat sin hund när temperaturen är frigid vet att hundar skakar och gynnar en kall tass - som delvis förklarar bommen i djurklädindustrin. Men chipmunks och kardinaler får inte moderna rockar eller booties.

Faktum är att vilda djur kan bukta för frost och hypotermi, precis som människor och husdjur. I norra USA är de oavbrutna svansarna av opossum ett vanligt missfall av kall exponering. Varje så ofta resulterar en ovanlig kyla i Florida i iguanor som faller från träd och manater som dör av kall stress.

Att förhindra förkylningen är viktig för att bevara liv eller lem (eller i uppossumets fall svans) och möjlighet att reproducera. Dessa biologiska imperativ innebär att vilda djur måste kunna känna sig kalla för att försöka undvika de skadliga effekterna av dess ytterligheter. Djurslag har sina egna ekvivalenter med vad människor upplever som den obehagliga biten blandas med en nål- och nålarupplevelse som uppmanar oss att värma upp snart eller drabbas av konsekvenserna. Faktum är att nervsystemsmekanismerna för avkänning av temperaturer är ungefär lika bland alla ryggradsdjur.

En vinterutmaning för varmblodiga djur eller endoterma, som de är vetenskapligt kända, är att behålla sin inre kroppstemperatur under kalla förhållanden. Intressant kan temperaturavkännings trösklar variera beroende på fysiologi. Till exempel, en kallblodig - det vill säga ektotermisk - groda kommer att känna sig kall och börjar vid en lägre temperatur jämfört med en mus. Nyare forskning visar att dvalande däggdjur, som den trettonade jordens ekorre, inte känner av förkylningen till lägre temperaturer än endotermer som inte dväller.

Så djur vet när det är kallt, bara vid varierande temperaturer. När kvicksilver plummets, är djurlivet lidande eller bara med det isiga flödet?

En lösning: Slow Down och Check Out

Många kall-klimatendoterma uppvisar torpor: ett tillstånd av minskad aktivitet. De ser ut som de sover. Eftersom djur som kan växla mellan att internt reglera kroppstemperaturen och låta miljön påverka det, anser forskare dem "heteroterma". Under svåra förhållanden erbjuder denna flexibilitet fördelen med en lägre kroppstemperatur - anmärkningsvärt hos vissa arter, även under 32 grader Fahrenheit fryspunkt - som inte är kompatibel med många fysiologiska funktioner. Resultatet är en lägre metabolisk hastighet, och därmed lägre energi och efterfrågan på livsmedel. Hibernation är en långvarig version av torpor.

Torpor har energibesparingar i synnerhet för mindre livliga vilda djur - tänk fladdermöss, sångfåglar och gnagare. De förlorar naturligt värme snabbare, eftersom kroppens yta är stor i förhållande till deras totala storlek. För att bibehålla sin kroppstemperatur inom normalt intervall måste de förbruka mer energi jämfört med ett större djur. Detta gäller särskilt för fåglar som upprätthåller högre genomsnittliga kroppstemperaturer jämfört med däggdjur.

Tyvärr är torpor inte en perfekt lösning för att överleva fria förhållanden eftersom det kommer med avvägningar, till exempel en högre risk att bli ett annat djurs lunch.

Anpassningar som hjälper

Otroligt nog har djur utvecklat andra anpassningar för att förväska vintermånaderna.

Vilda djurarter vid norra breddgrader tenderar att vara större med mindre bifogade än deras nära släktingar närmare troperna. Många djur har utvecklat beteenden för att hjälpa dem att slå förkylningen. Herding, denning, burrowing och roosting i hålrum är alla bra försvar. Och vissa djur upplever fysiologiska förändringar som vinter närmar sig, byggar fettreserver, växer tjockare päls och fångar ett isolerande lager av luft mot huden under pälsen eller fjädrarna.

Naturen har utformat andra snygga tricks för att hjälpa olika djur att hantera förhållanden som människor exempelvis inte skulle kunna uthärda.

Har du någonsin undrat hur gäss kan tyckas stå bekvämt på is eller ekorrar i snö i sina nakna fötter? Hemligheten är närheten av artärer och vener i deras extremiteter som skapar en gradient av uppvärmning och kylning. När blod från hjärtat reser till tårna, överför värmen från artären till venen som bär kallt blod från tårna tillbaka till hjärtat. Denna motströms värmeväxling gör det möjligt för kärnan i kroppen att förbli varma samtidigt som värmeförlusten begränsas när extremiteterna är kalla men inte så kalla att vävnadsskador uppstår. Detta effektiva system används av många mark- och vattenlevande fåglar och däggdjur, och förklarar till och med hur syreutbytet sker i fiskens gyllor.

Tala om fisk, hur fryser de inte inifrån i isiga vatten? Lyckligtvis flyter isen eftersom vatten är mest tätt som en vätska, vilket gör att fisken kan simma fritt i icke-frusna temperaturer under den stelnade ytan. Dessutom kan fisken sakna den köldavkänningsreceptor som delas av andra ryggradsdjur. De har emellertid unika enzymer som gör det möjligt för fysiologiska funktioner att fortsätta vid kallare temperaturer. I polarområden har fisken även särskilda "frostskyddsproteiner" som binder till iskristaller i blodet för att förhindra utbredd kristallisering.

Ett annat hemligt vapen i däggdjur och fåglar under långa perioder med kall exponering är brun fettvävnad eller "brunt fett", vilket är rikt på mitokondrier. Även hos människor kan dessa cellulära strukturer frigöra energi som värme, generera värme utan muskelkontraktioner och energiinverkan som är inblandade i skakning, på annat sätt som kroppen försöker värma upp. Den här icke-skakande värmeproduktionen förklarar förmodligen varför människor i Anchorage kan bära shorts och T-shirts på en 40-graders Fahrenheit-vårdag.

Naturligtvis kan migration vara ett alternativ - men det är dyrt när det gäller energiska kostnader för vilda djur och ekonomiskt för människor som vill gå nära ekvatorn.

Som en art har människor möjlighet att acklimatiseras i viss utsträckning - några av oss mer än andra - men vi är inte särskilt kalla-anpassade. Kanske är det därför svårt att titta ut genom fönstret på en frigid dag och inte känna sig dålig för en ekorre som suger sig ner som vintervinden piskar genom pälsen. Vi kanske aldrig vet om djuren fruktar vintern - det är svårt att mäta sin subjektiva erfarenhet. Men djurlivet har en rad strategier som förbättrar deras förmåga att motstå förkylningen, så att de lever för att se en annan vår.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Bridget B. Baker. Läs den ursprungliga artikeln här.