Wie überleben Tiere die Kälte? Frostschutzmittel und Pelz sind nur der Anfang

Während das Wetter draußen in diesem Winter möglicherweise furchtbar wird, machen ein Parka, eine Strickmütze, Wollsocken, isolierte Stiefel und vielleicht ein loderndes Feuer die Dinge für Menschen erträglich, die in einem kalten Klima leben. Aber was ist mit all den Wildtieren da draußen? Werden sie nicht frieren?

Jeder, der bei kalten Temperaturen mit seinem Hund gelaufen ist, weiß, dass Eckzähne zittern und eine kalte Pfote bevorzugen - was zum Teil den Boom in der Branche für Heimtierbekleidung erklärt. Aber Chipmunks und Cardinals erhalten keine modischen Mäntel oder Booties.

In der Tat kann die Tierwelt Erfrierungen und Unterkühlung erliegen, genau wie Menschen und Haustiere. In den nördlichen Vereinigten Staaten sind die ungekräuselten Schwänze von Opossums ein häufiger Opfer von Kälteeinwirkung. Ein ungewöhnlicher Schnupfen in Florida führt gelegentlich dazu, dass Leguane von Bäumen fallen und Seekühe an kaltem Stress sterben.

Das Vermeiden der Kälte ist wichtig, um Leben oder Gliedmaßen (oder, im Falle des Opossums, Schwanz) zu erhalten und um sich fortpflanzen zu können. Diese biologischen Erfordernisse bedeuten, dass die Tierwelt sich kalt fühlen muss, um die schädlichen Auswirkungen ihrer Extreme zu vermeiden. Tierarten haben ein eigenes Äquivalent zu dem, was Menschen als unangenehmes Beißen mit einem Gefühl von Nadeln und Nadeln erleben, das uns dazu drängt, sich bald aufzuwärmen oder die Folgen zu erleiden. Tatsächlich sind die Mechanismen des Nervensystems zum Erfassen eines Temperaturbereichs bei allen Wirbeltieren ziemlich gleich.

Eine Herausforderung im Winter für Warmblüter oder Endothermen, wie sie wissenschaftlich bekannt sind, ist die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei Kälte. Interessanterweise können die Temperaturerfassungsschwellen je nach Physiologie variieren. Zum Beispiel wird ein kaltblütiger, das heißt ektothermischer, Frosch Kälte ab einer niedrigeren Temperatur im Vergleich zu einer Maus fühlen. Neuere Forschungen zeigen, dass Säugetiere im Winterschlaf, wie das dreizehnfädige Grundeichhörnchen, die Kälte erst bei tieferen Temperaturen wahrnehmen als Endothermen, die keinen Winterschlaf halten.

Tiere wissen also, wenn es kalt ist, nur bei unterschiedlichen Temperaturen. Wenn das Quecksilber stürzt, leiden Wildtiere oder nur der eisige Fluss?

Eine Lösung: Verlangsamen und Auschecken

Viele Endothermen bei kaltem Klima weisen eine Schwäche auf: ein Zustand verminderter Aktivität. Sie sehen aus, als würden sie schlafen. Da die Tiere in der Lage sind, sich zu beruhigen, um die Körpertemperatur intern zu regulieren und die Umgebung beeinflussen zu lassen, werden sie von den Wissenschaftlern als "Heterothermen" bezeichnet. Diese Flexibilität bietet unter harten Bedingungen den Vorteil einer niedrigeren Körpertemperatur - bemerkenswert bei einigen Arten, sogar unterhalb der Temperatur 32 Grad Fahrenheit Gefrierpunkt - das ist mit vielen physiologischen Funktionen nicht kompatibel. Das Ergebnis ist eine niedrigere Stoffwechselrate und somit ein geringerer Energie- und Nahrungsmittelbedarf. Der Winterschlaf ist eine verlängerte Version von Torpor.

Torpor hat vor allem bei kleineren Tieren die Energieeinsparung - Fledermäuse, Singvögel und Nagetiere. Sie verlieren von Natur aus schneller Wärme, da die Oberfläche ihres Körpers im Vergleich zu ihrer Gesamtgröße groß ist. Um ihre Körpertemperatur im normalen Bereich zu halten, müssen sie im Vergleich zu einem Tier mit größerem Körper mehr Energie aufwenden. Dies gilt insbesondere für Vögel, die im Vergleich zu Säugetieren höhere durchschnittliche Körpertemperaturen aufrechterhalten.

Leider ist torpor keine perfekte Lösung, um kalte Bedingungen zu überstehen, da Kompromisse eingegangen werden müssen, z. B. ein höheres Risiko, zu einem anderen Tier zu werden.

Anpassungen, die helfen

Es ist nicht überraschend, dass Tiere andere Anpassungen für die Verwitterung der Wintermonate entwickelt haben.

Wildtierarten in nördlichen Breiten sind tendenziell mit kleineren Anhängsel größer als ihre nahen Verwandten, die sich näher an den Tropen befinden. Viele Tiere haben Verhaltensweisen entwickelt, um ihnen zu helfen, die Kälte zu überwinden: Hüten, Festhalten, Eingraben und Ausruhen in Höhlen sind alles gute Abwehrkräfte. Einige Tiere erleben physiologische Veränderungen, wenn sich der Winter nähert, indem sie Fettreserven aufbauen, dickeres Fell bekommen und eine isolierende Luftschicht unter der Haut unter dem Fell oder den Federn einklemmen.

Die Natur hat andere Tricks entwickelt, um verschiedenen Tieren zu helfen, mit Bedingungen umzugehen, die die Menschen beispielsweise nicht ertragen könnten.

Haben Sie sich jemals gefragt, wie Gänse auf Eis oder Eichhörnchen mit nackten Füßen bequem stehen können? Das Geheimnis liegt in der Nähe der Arterien und Venen in den Extremitäten, die einen Gradienten der Erwärmung und Abkühlung erzeugen. Während das Blut vom Herzen zu den Zehen wandert, überträgt sich die Wärme der Arterie auf die Vene und transportiert kaltes Blut von den Zehen zurück zum Herzen. Dieser Wärmeaustausch im Gegenstrom ermöglicht es dem Körperkern, warm zu bleiben, und begrenzt den Wärmeverlust, wenn die Extremitäten kalt sind, aber nicht so kalt, dass es zu Gewebeschäden kommt. Dieses effiziente System wird von vielen Land- und Wasservögeln und Säugetieren verwendet und erklärt sogar, wie der Sauerstoffaustausch in den Kiemen von Fischen stattfindet.

Apropos Fisch, wie frieren sie in eisigen Gewässern nicht von innen heraus? Glücklicherweise schwimmt Eis, weil Wasser als Flüssigkeit am dichtesten ist, sodass Fische bei nicht tiefkalten Temperaturen unter der erstarrten Oberfläche frei schwimmen können. Außerdem kann es den Fischen an Erkältungsempfängern fehlen, die von anderen Wirbeltieren geteilt werden. Sie verfügen jedoch über einzigartige Enzyme, die es ermöglichen, dass die physiologischen Funktionen bei kälteren Temperaturen weiterlaufen. In Polarregionen haben Fische sogar spezielle "Frostschutzproteine", die sich im Blut an Eiskristalle binden, um eine weit verbreitete Kristallisation zu verhindern.

Eine weitere Geheimwaffe bei Säugetieren und Vögeln während langer Kälteeinwirkung ist braunes Fettgewebe oder "braunes Fett", das reich an Mitochondrien ist. Sogar beim Menschen können diese Zellstrukturen Energie als Wärme freisetzen, wodurch Wärme erzeugt wird, ohne dass die Muskelkontraktionen und die Energieintensität, die mit dem Schaudern einhergeht, beteiligt sind. Diese nicht zitternde Wärmeerzeugung erklärt wahrscheinlich, warum die Leute in Anchorage an einem Frühlingstag mit 40 Grad Fahrenheit zufrieden Shorts und T-Shirts tragen können.

Natürlich kann Migration eine Option sein - auch wenn die energetischen Kosten für Wildtiere teuer sind und für Menschen, die näher an den Äquator herankommen möchten, dies teuer ist.

Als Spezies haben Menschen die Fähigkeit sich zu akklimatisieren - einige von uns mehr als andere -, aber wir sind nicht besonders kalt angepasst. Vielleicht ist es deshalb schwierig, an einem kalten Tag aus dem Fenster zu schauen und sich nicht schlecht für ein Eichhörnchen zu fühlen, das sich niederdrückt, während der Winterwind durch sein Fell peitscht. Wir können nie wissen, ob Tiere den Winter fürchten - es ist schwierig, ihre subjektive Erfahrung zu beurteilen. Wildtiere haben jedoch eine Reihe von Strategien, die ihre Kältebeständigkeit verbessern und sicherstellen, dass sie einen weiteren Frühling erleben.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Bridget B. Baker veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.