สัตว์จะอยู่รอดได้อย่างไร Antifreeze and Fur เป็นเพียงจุดเริ่มต้น

ในขณะที่สภาพอากาศข้างนอกอาจทำให้ฤดูหนาวนี้น่ากลัวเสื้อคลุมหมวกถักถุงเท้าขนสัตว์รองเท้าหุ้มฉนวนและอาจมีไฟคำรามทำให้ผู้คนที่อาศัยอยู่ในภูมิอากาศหนาวเย็นได้ แต่สัตว์ป่าทั้งหมดอยู่ที่นั่นล่ะ? พวกเขาจะไม่แช่แข็ง?

ใครก็ตามที่เดินสุนัขของพวกเขาเมื่ออุณหภูมิเย็นยะเยือกจะรู้ว่าสุนัขตัวนั้นจะสั่นและโปรดปรานอุ้งเท้าอันเย็นชาซึ่งส่วนหนึ่งอธิบายถึงความเจริญในอุตสาหกรรมเสื้อผ้าสัตว์เลี้ยง แต่ Chipmunks และ Cardinals จะไม่ได้รับเสื้อโค้ตหรือรองเท้าแฟชั่น

ในความเป็นจริงสัตว์ป่าสามารถทนทุกข์ทรมานจากอาการบวมเป็นน้ำเหลืองและอุณหภูมิเช่นเดียวกับคนและสัตว์เลี้ยง ในภาคเหนือของสหรัฐอเมริกาหางที่ไม่คลุ้งของ opossums เป็นความเสียหายร่วมกันของการสัมผัสเย็น บ่อยครั้งที่อาการเย็นชาที่ผิดปกติในฟลอริดาส่งผลให้อิกัวน่าตกลงมาจากต้นไม้และแมนจูเรียที่ตายจากความเครียดที่หนาวเย็น

การหลีกเลี่ยงความเย็นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการรักษาชีวิตหรือแขนขา (หรือในกรณีของหางของหนูพันธุ์หาง) และโอกาสในการทำซ้ำ สิ่งจำเป็นทางชีวภาพเหล่านี้หมายความว่าสัตว์ป่าจะต้องรู้สึกหนาวเพื่อที่จะพยายามหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นอันตรายของความสุดขั้ว เผ่าพันธุ์สัตว์นั้นมีความเทียบเท่ากับสิ่งที่มนุษย์สัมผัสกัดที่ไม่พึงประสงค์ปะปนอยู่กับความรู้สึกของเข็มและเข็มที่กระตุ้นให้เราอบอุ่นขึ้นในไม่ช้าหรือประสบผลที่ตามมา ในความเป็นจริงกลไกของระบบประสาทในการตรวจวัดอุณหภูมินั้นมีความคล้ายคลึงกันในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิด

หนึ่งความท้าทายในฤดูหนาวสำหรับสัตว์เลือดอุ่นหรือ endotherms ตามที่พวกเขารู้จักทางวิทยาศาสตร์คือการรักษาอุณหภูมิร่างกายภายในของพวกเขาในสภาพที่เย็น ที่น่าสนใจว่าเกณฑ์การตรวจจับอุณหภูมิอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสรีรวิทยา ตัวอย่างเช่นเลือดเย็น - นั่นคือ ectothermic - กบจะรู้สึกเย็นโดยเริ่มต้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับหนู การวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำศีลเช่นกระรอกดินที่มีเส้นสิบสามเรียงรายไม่รู้สึกถึงความเย็นจนกระทั่งอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิของ endotherms ที่ไม่จำศีล

ดังนั้นสัตว์จะรู้เมื่อมันเย็นเพียงแค่ในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน เมื่อปรอทลดลงสัตว์ป่ามีความทุกข์หรือเพียงแค่ไหลไปตามกระแสน้ำแข็ง?

ทางออกหนึ่ง: ช้าลงและเช็คเอ้าท์

อุณหภูมิของอากาศหนาวเย็นหลายรูปแบบแสดงให้เห็นถึงความร้อนจัด: สถานะของกิจกรรมที่ลดลง พวกเขาดูเหมือนพวกเขากำลังนอนหลับ เนื่องจากสัตว์ที่มีความสามารถในการบิดตัวสลับกันระหว่างการควบคุมอุณหภูมิร่างกายของพวกเขาและการปล่อยให้สภาพแวดล้อมมีอิทธิพลต่อมันนักวิทยาศาสตร์จึงพิจารณาพวกมันว่า "heterotherms" ในช่วงที่สภาวะรุนแรงความยืดหยุ่นนี้ให้ประโยชน์จากอุณหภูมิร่างกายที่ต่ำกว่า 32 องศาฟาเรนไฮต์จุดเยือกแข็ง - ที่ไม่เข้ากันกับฟังก์ชั่นทางสรีรวิทยาจำนวนมาก ผลที่ได้คืออัตราการเผาผลาญลดลงและทำให้ความต้องการพลังงานและอาหารลดลง การไฮเบอร์เนตเป็นเวอร์ชันต่อเนื่องที่ยาวนาน

Torpor มีประโยชน์ด้านการอนุรักษ์พลังงานสำหรับสัตว์ป่าที่มีขนาดเล็กโดยเฉพาะ - คิดว่าค้างคาวนกขับขานและสัตว์ฟันแทะ พวกเขาสูญเสียความร้อนเร็วกว่าปกติเนื่องจากพื้นที่ผิวของร่างกายมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดโดยรวม เพื่อรักษาอุณหภูมิร่างกายของพวกเขาอยู่ในช่วงปกติพวกเขาจะต้องใช้พลังงานมากขึ้นเมื่อเทียบกับสัตว์ตัวใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับนกที่รักษาอุณหภูมิร่างกายโดยเฉลี่ยสูงกว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

น่าเสียดายที่ torpor ไม่ใช่วิธีที่สมบูรณ์แบบในการเอาตัวรอดจากสภาพที่หนาวจัดเนื่องจากมีการแลกเปลี่ยนกันเช่นมีความเสี่ยงสูงที่จะกลายเป็นอาหารกลางวันของสัตว์อื่น

การดัดแปลงที่ช่วย

ไม่น่าแปลกใจที่สัตว์มีการปรับตัวอื่น ๆ เพื่อการผุกร่อนในช่วงฤดูหนาว

สัตว์ป่าที่ละติจูดตอนเหนือมีแนวโน้มว่าจะมีร่างกายที่ใหญ่กว่าและมีอวัยวะที่เล็กกว่าญาติสนิทของพวกเขาที่อยู่ใกล้เขตร้อน สัตว์หลายชนิดมีพฤติกรรมที่พัฒนาขึ้นเพื่อช่วยให้พวกเขาเอาชนะความหนาว: การต้อน, การปฏิเสธ, การขุดและการพักในโพรงนั้นเป็นการป้องกันที่ดี และสัตว์บางชนิดประสบกับการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาเมื่อเข้าใกล้ฤดูหนาวการสร้างไขมันสะสมขนหนาขึ้นและกักชั้นอากาศฉนวนไว้กับผิวหนังใต้ขนหรือขน

ธรรมชาติได้ประดิษฐ์กลอุบายอื่น ๆ เพื่อช่วยให้สัตว์ต่าง ๆ จัดการกับเงื่อนไขที่คนเช่นจะไม่สามารถทนได้

คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าห่านสามารถปรากฏตัวได้อย่างสบายบนน้ำแข็งหรือกระรอกในหิมะด้วยเท้าเปล่า ความลับอยู่ใกล้กับหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำในแขนขาของพวกเขาที่สร้างการไล่ระดับสีของความอบอุ่นและความเย็น เมื่อเลือดจากหัวใจเดินทางไปที่นิ้วเท้าความอบอุ่นจากหลอดเลือดแดงจะถูกถ่ายโอนไปยังหลอดเลือดดำที่ถือเลือดเย็นจากนิ้วเท้ากลับไปที่หัวใจ การแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลย้อนกลับนี้ทำให้แกนกลางของร่างกายยังคงอบอุ่นขณะที่ จำกัด การสูญเสียความร้อนเมื่อแขนขาเย็น แต่ไม่เย็นจนเกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อ ระบบที่มีประสิทธิภาพนี้ใช้โดยนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบนบกและสัตว์น้ำหลายชนิดและยังอธิบายถึงวิธีการแลกเปลี่ยนออกซิเจนในเหงือกปลา

เมื่อพูดถึงปลาพวกมันจะไม่แข็งตัวจากภายในสู่ภายนอกในน้ำเย็นฉ่ำได้อย่างไร โชคดีที่น้ำแข็งลอยตัวเพราะน้ำมีความหนาแน่นที่สุดในฐานะของเหลวทำให้ปลาสามารถว่ายน้ำได้อย่างอิสระในอุณหภูมิที่ไม่แข็งตัวต่ำกว่าพื้นผิวแข็งตัว นอกจากนี้ปลาอาจขาดตัวรับความรู้สึกเย็นที่ใช้ร่วมกับสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ อย่างไรก็ตามพวกมันมีเอ็นไซม์ที่เป็นเอกลักษณ์ที่ให้ฟังก์ชั่นทางสรีรวิทยาเพื่อดำเนินการต่อที่อุณหภูมิที่เย็นกว่า ในบริเวณขั้วโลกปลายังมี "โปรตีนแอนติโฟซ" พิเศษที่จับกับผลึกน้ำแข็งในเลือดเพื่อป้องกันการตกผลึกอย่างกว้างขวาง

อาวุธลับอีกประการหนึ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนกในช่วงเวลาที่มีอากาศเย็นเป็นเวลานานคือเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลหรือ "ไขมันสีน้ำตาล" ซึ่งอุดมไปด้วยไมโตคอนเดรีย แม้ในคนโครงสร้างเซลล์เหล่านี้สามารถปล่อยพลังงานเป็นความร้อนสร้างความอบอุ่นโดยไม่มีการหดตัวของกล้ามเนื้อและความไร้ประสิทธิภาพของพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการสั่นไหวอีกวิธีหนึ่งที่ร่างกายพยายามทำให้ร่างกายร้อนขึ้น การผลิตความร้อนที่ไม่สั่นคลอนนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมผู้คนในแองเคอเรจสามารถสวมกางเกงขาสั้นและเสื้อยืดในวันฤดูใบไม้ผลิฟาเรนไฮต์ได้ 40 องศา

แน่นอนการโยกย้ายอาจเป็นตัวเลือก - แม้ว่าจะมีราคาแพงในแง่ของค่าใช้จ่ายพลังงานสำหรับสัตว์ป่าและทางการเงินสำหรับผู้ที่ต้องการมุ่งหน้าใกล้เส้นศูนย์สูตร

ในฐานะที่เป็นสปีชีส์มนุษย์มีความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับ - เราบางคนมากกว่าคนอื่น ๆ - แต่เราไม่ได้ปรับตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งเย็น บางทีนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมมันยากที่จะมองออกไปนอกหน้าต่างในวันที่หนาวเหน็บและไม่รู้สึกแย่กับกระรอกที่ลอยลงมาเพราะลมหนาวพัดผ่านขนของมัน เราอาจไม่มีทางรู้ว่าสัตว์ต่างหวาดกลัวในฤดูหนาว - เป็นการยากที่จะวัดประสบการณ์ส่วนตัวของพวกเขา แต่สัตว์ป่ามีกลยุทธ์ที่หลากหลายที่ปรับปรุงความสามารถของพวกเขาในการทนต่อความหนาวเย็นทำให้แน่ใจว่าพวกเขามีชีวิตอยู่เพื่อดูฤดูใบไม้ผลิอื่น

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Bridget B. Baker อ่านบทความต้นฉบับที่นี่