Хотя этой зимой погода на улице действительно может стать ужасной, парка, вязаная шапка, шерстяные носки, утепленные сапоги и, возможно, ревущее пламя сделают вещи терпимыми для людей, живущих в холодном климате. Но как насчет всей дикой природы там? Они не замерзнут?
Любой, кто выгуливал свою собаку в холодную погоду, знает, что собаки дрожат и предпочитают холодную лапу, что отчасти объясняет бум в индустрии одежды для домашних животных. Но бурундуки и кардиналы не получают модных пальто или пинеток.
На самом деле, дикие животные могут поддаться обморожению и переохлаждению, как люди и домашние животные. На севере Соединенных Штатов голые хвосты опоссумов часто становятся жертвами холода. Время от времени необычное похолодание во Флориде приводит к тому, что игуаны падают с деревьев, а ламантины умирают от холодового стресса.
Избегание холода важно для сохранения жизни или конечностей (или, в случае опоссумов, хвоста) и возможности размножения. Эти биологические императивы означают, что дикая природа должна чувствовать холод, чтобы попытаться избежать разрушительного воздействия его крайностей. У видов животных есть свой собственный эквивалент того, что люди испытывают как неприятные укусы, смешанные с ощущением покалывания, которое побуждает нас скорее согреться или страдать от последствий. На самом деле механизмы нервной системы для восприятия диапазона температур практически одинаковы у всех позвоночных.
Одной из зимних проблем теплокровных животных, или эндотермов, как их называют в науке, является поддержание внутренней температуры тела в холодных условиях. Интересно, что пороги чувствительности к температуре могут варьироваться в зависимости от физиологии. Например, хладнокровная, то есть экзотермическая, лягушка почувствует холод при более низкой температуре по сравнению с мышью. Недавние исследования показывают, что впадающие в спячку млекопитающие, такие как суслик с тринадцатью линиями, не чувствуют холода до тех пор, пока температура не станет ниже, чем у эндотермов, которые не впадают в спячку.
Значит, животные знают, когда холодно, просто при разных температурах. Когда ртуть падает, дикая природа страдает или просто плывет по течению?
Одно решение: притормозить и проверить
Многие эндотермы с холодным климатом проявляют оцепенение: состояние пониженной активности. Они выглядят так, будто спят. Поскольку животные, способные впадать в оцепенение, попеременно регулируют внутреннюю температуру своего тела и позволяют окружающей среде влиять на нее, ученые считают их «гетеротермами». В суровых условиях эта гибкость дает преимущество более низкой температуры тела - особенно у некоторых видов, даже ниже точки замерзания 32 градусов по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию) - что несовместимо со многими физиологическими функциями. Результатом является более низкая скорость метаболизма и, следовательно, более низкая потребность в энергии и пище. Гибернация - это пролонгированная версия оцепенения.
Torpor обладает преимуществами энергосбережения, в частности, для мелких диких животных - летучих мышей, певчих птиц и грызунов. Они, естественно, быстрее теряют тепло, потому что площадь поверхности 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, у которых средняя температура тела выше, чем у млекопитающих.
К сожалению, оцепенение не является идеальным решением для выживания в холодных условиях, поскольку оно сопряжено с компромиссами, такими как более высокий риск стать обедом для другого животного.
Адаптации, помогающие животным пережить холод
Неудивительно, что у животных развились и другие приспособления для выживания в зимние месяцы.
Виды дикой природы в северных широтах, как правило, имеют более крупное тело и меньшие придатки, чем их близкие родственники, живущие ближе к тропикам. Многие животные развили поведение, которое помогает им бороться с холодом: пастбище, норы, рытье нор и ночевки в полостях - все это хорошие средства защиты. А некоторые животные испытывают физиологические изменения с приближением зимы, накапливая жировые запасы, отращивая более густой мех и улавливая изолирующий слой воздуха на коже под мехом или перьями..
Природа придумала и другие хитрые трюки, чтобы помочь различным животным справиться с условиями, которые люди, например, не смогли бы вынести.
Вы когда-нибудь задумывались, как гуси могут удобно стоять на льду или белки в снегу босиком? Секрет заключается в близком расположении артерий и вен на их концах, что создает градиент нагревания и охлаждения. Когда кровь от сердца движется к пальцам ног, теплота от артерии передается вене, по которой холодная кровь от пальцев ног возвращается к сердцу. Этот противоточный теплообмен позволяет ядру тела оставаться теплым, ограничивая потерю тепла, когда конечности холодные, но не настолько холодные, чтобы вызвать повреждение тканей. Эта эффективная система используется многими наземными и водными птицами и млекопитающими и даже объясняет, как происходит кислородный обмен в жабрах рыб.
Кстати о рыбах, как они не замерзают изнутри в ледяной воде? К счастью, лед плавает, потому что вода имеет наибольшую плотность как жидкость, что позволяет рыбам свободно плавать под затвердевшей поверхностью при температурах, которые не совсем замерзают. Кроме того, у рыб может отсутствовать рецептор холода, общий для других позвоночных. Однако у них есть уникальные ферменты, которые позволяют физиологическим функциям продолжаться при более низких температурах. В полярных регионах у рыб есть даже специальные «белки-антифризы», которые связываются с кристаллами льда в их крови, чтобы предотвратить широкомасштабную кристаллизацию.
Еще одно секретное оружие млекопитающих и птиц при длительном воздействии холода - это бурая жировая ткань или «бурый жир», который богат митохондриями. Даже у людей эти клеточные структуры могут выделять энергию в виде тепла, вырабатывая тепло без мышечных сокращений и неэффективности использования энергии, связанных с дрожью - еще одним способом, которым тело пытается нагреться. Это выделение тепла без дрожи, вероятно, объясняет, почему люди в Анкоридже могут спокойно носить шорты и футболки весенним днем, когда на улице 40 градусов по Фаренгейту (4 по Цельсию).
Конечно, миграция может быть вариантом, хотя это дорого с точки зрения энергетических затрат для дикой природы и с финансовой точки зрения для людей, которые хотят отправиться ближе к экватору.
Как вид, люди обладают способностью акклиматизироваться до некоторой степени - некоторые из нас больше, чем другие, - но мы не особо приспособлены к холоду. Может быть, поэтому трудно смотреть в окно в холодный день и не чувствовать себя плохо из-за белки, согнувшейся на корточках, когда зимний ветер треплет ее мех. Возможно, мы никогда не узнаем, боятся ли животные зимы - трудно оценить их субъективный опыт. Но у диких животных есть множество стратегий, которые улучшают их способность противостоять холоду, гарантируя, что они доживут до следующей весны.
Бриджит Б. Бейкер - клинический ветеринар и заместитель директора Лаборатории водных, поступательных и экологических исследований (WATER) Университета Уэйна