Hoe overleven dieren de kou? Antivries en pels zijn nog maar het begin

Hoewel het weer buiten misschien echt verschrikkelijk wordt deze winter, maken een parka, een gebreide muts, wollen sokken, geïsoleerde laarzen en misschien een brullend vuur dingen draaglijk voor mensen die in een koud klimaat leven. Maar hoe zit het met al het wild daarbuiten? Zullen ze niet bevriezen?

Iedereen die met zijn hond heeft gelopen als de temperatuur koud is, weet dat hoektanden zullen rillen en een koude poot begunstigen - wat de hausse in de kledingindustrie voor huisdieren verklaart. Maar chipmunks en kardinalen krijgen geen modieuze jassen of buitjes.

In feite kunnen dieren in het wild bezwijken voor bevriezing en hypothermie, net als mensen en huisdieren. In de noordelijke Verenigde Staten zijn de onbetrouwbare staarten van opossums een veelvoorkomend slachtoffer van blootstelling aan kou. Af en toe veroorzaakt een ongebruikelijke koudegolf in Florida leguanen die vallen uit bomen en lamantijnen die afsterven aan koude stress.

Het vermijden van verkoudheid is belangrijk voor het behoud van leven of ledematen (of, in het geval van de buidelrat, staart) en de mogelijkheid om zich voort te planten. Deze biologische imperatieven betekenen dat dieren in het wild koud moeten kunnen zijn om te proberen de schadelijke effecten van de extremen te vermijden. Diersoorten hebben hun eigen equivalent van wat menselijke wezens ervaren als dat onaangename bijten, vermengd met een sensatie van speldenprikken en naalden die ons aanspoort om snel op te warmen of de gevolgen te ondervinden. In feite zijn de mechanismen van het zenuwstelsel voor het waarnemen van een temperatuurbereik vrijwel hetzelfde voor alle gewervelde dieren.

Een winteruitdaging voor warmbloedige dieren, of endothermen, zoals ze wetenschappelijk bekend zijn, is om hun interne lichaamstemperatuur te handhaven in koude omstandigheden. Interessant is echter dat temperatuurwaarnemingsdrempels kunnen variëren afhankelijk van de fysiologie. Bijvoorbeeld, een koelbloedige - dat wil zeggen, ectothermische - kikker voelt koud starten bij een lagere temperatuur vergeleken met een muis. Recent onderzoek toont aan dat overwinterende zoogdieren, zoals de dertien omzoomde grondeekhoorn, de kou niet voelen bij lagere temperaturen dan endothermen die niet overwinteren.

Dus dieren weten wanneer het koud is, alleen bij wisselende temperaturen. Wanneer het kwik daalt, het wildlife lijdt of gewoon gaat met de ijzige stroom?

Eén oplossing: vertragen en uitchecken

Veel endothermen met koud klimaat vertonen torpor: een toestand van verminderde activiteit. Ze zien eruit alsof ze slapen. Omdat dieren die in staat zijn om te verdoven afwisselend intern hun lichaamstemperatuur reguleren en het milieu deze laten beïnvloeden, beschouwen wetenschappers ze als 'heterothermen'. Onder barre omstandigheden biedt deze flexibiliteit het voordeel van een lagere lichaamstemperatuur - opmerkelijk bij sommige soorten, zelfs onder de 32 graden Fahrenheit vriespunt - dat is niet compatibel met vele fysiologische functies. Het resultaat is een lagere stofwisseling en dus een lagere energie- en voedselbehoefte. Hibernation is een langdurige versie van torpor.

Torpor heeft voordelen voor energiebehoud voor met name kleinere dieren in het wild - denk aan vleermuizen, zangvogels en knaagdieren. Ze verliezen op natuurlijke wijze sneller warmte omdat het oppervlak van hun lichaam groot is in vergelijking met hun totale grootte. Om hun lichaamstemperatuur binnen het normale bereik te houden, moeten ze meer energie verbruiken in vergelijking met een groter dier. Dit geldt vooral voor vogels die hogere gemiddelde lichaamstemperaturen behouden in vergelijking met zoogdieren.

Helaas is torpor geen perfecte oplossing voor het overleven van ijskoude omstandigheden omdat het gepaard gaat met compromissen, zoals een hoger risico om de lunch van een ander dier te worden.

Aanpassingen die helpen

Het is niet verwonderlijk dat dieren andere aanpassingen hebben ontwikkeld om de wintermaanden te doorstaan.

Wildlife-soorten op noordelijke breedtegraden hebben de neiging om groter te worden met kleinere aanhangsels dan hun naaste verwanten dichter bij de tropen. Veel dieren hebben gedrag ontwikkeld om hen te helpen de kou te verslaan: schapendrijven, graven en holten in holtes zijn allemaal goede verdedigingen. En sommige dieren ondergaan fysiologische veranderingen als de winter nadert, vetreserves aan het opbouwen zijn, dikkere vacht opbouwen en een isolerende laag lucht tegen de huid onder de pels of veren opsluiten.

De natuur heeft andere leuke trucs bedacht om verschillende dieren te helpen omgaan met omstandigheden die mensen bijvoorbeeld niet zouden kunnen verduren.

Heb je je ooit afgevraagd hoe ganzen kunnen lijken om comfortabel op het ijs te staan ​​of eekhoorns in de sneeuw op blote voeten? Het geheim is de nabijheid van de aderen in hun ledematen die een gradiënt van opwarming en verkoeling creëren. Terwijl het bloed vanuit het hart naar de tenen reist, gaat de warmte van de slagader over naar de ader die koud bloed van de tenen naar het hart vervoert. Deze tegenstroom warmtewisseling zorgt ervoor dat de kern van het lichaam warm blijft terwijl het warmteverlies wordt beperkt wanneer de ledematen koud zijn, maar niet zo koud dat weefselschade optreedt. Dit efficiënte systeem wordt gebruikt door vele terrestrische en aquatische vogels en zoogdieren, en verklaart zelfs hoe de zuurstofuitwisseling in de kieuwen van vissen voorkomt.

Over vissen gesproken, hoe bevriezen ze niet van binnenuit in ijzige wateren? Gelukkig zweeft ijs omdat water het meest dicht is als een vloeistof, waardoor vissen vrij kunnen zwemmen in niet-vrij vriestemperaturen onder het gestolde oppervlak. Bovendien kunnen vissen de cold-sensing-receptor missen die door andere gewervelde dieren wordt gedeeld. Ze hebben echter unieke enzymen waarmee fysiologische functies kunnen worden voortgezet bij lagere temperaturen. In poolgebieden hebben vissen zelfs speciale "antivriesproteïnen" die aan ijskristallen in hun bloed binden om wijdverspreide kristallisatie te voorkomen.

Een ander geheim wapen bij zoogdieren en vogels tijdens lange perioden van koude blootstelling is bruin vetweefsel of "bruin vet", dat rijk is aan mitochondriën. Zelfs bij mensen kunnen deze cellulaire structuren energie vrijgeven als warmte, warmte opwekken zonder spiercontracties en energie-inefficiëntie bij rillen, een andere manier waarop het lichaam probeert op te warmen. Deze niet-bibberende warmteproductie verklaart waarschijnlijk waarom mensen in Anchorage tevreden shorts en T-shirts kunnen dragen op een 40-graden Fahrenheit-lentedag.

Natuurlijk kan migratie een optie zijn, hoewel het duur is in termen van energiekosten voor dieren in het wild en financieel voor mensen die dichter bij de evenaar willen komen.

Als soort hebben mensen het vermogen om in zekere mate te acclimatiseren - sommigen onder ons meer dan anderen - maar we zijn niet bijzonder koud aangepast. Misschien is dat waarom het zo moeilijk is om op een ijskoude dag uit het raam te kijken en geen slecht gevoel te hebben voor een eekhoorn die wordt neergehurkt als de winterwind door zijn vacht glijdt. We zullen misschien nooit weten of dieren de winter vrezen - het is moeilijk om hun subjectieve ervaring te peilen. Maar dieren in het wild hebben verschillende strategieën die hun vermogen om de kou te weerstaan ​​verbeteren, en ervoor zorgen dat ze een nieuwe lente meemaken.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Bridget B. Baker. Lees hier het originele artikel.