Während das Wetter draußen diesen Winter tatsächlich schrecklich werden kann, 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 der ganzen Tierwelt da draußen? Werden sie nicht frieren?
Jeder, der bei eisigen Temperaturen mit seinem Hund spazieren gegangen ist, weiß, dass Eckzähne zittern und eine kalte Pfote bevorzugen - was zum Teil den Boom in der Haustierbekleidungsindustrie erklärt. Aber Chipmunks und Cardinals bekommen 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 ungepelzten Schwänze von Opossums ein häufiges Opfer von Kälteexposition. Von Zeit zu Zeit führt ein ungewöhnlicher Kälteeinbruch in Florida dazu, dass Leguane von Bäumen fallen und Seekühe an Kältestress sterben.
Haustiere sind oft mit Kälteschutz ausgestattet. (Photology1971 / Shutterstock.com) Das Vermeiden der Erkältung ist wichtig, um Leben oder Gliedmaßen (oder im Falle des Opossums den Schwanz) zu erhalten und die Möglichkeit zur Fortpflanzung zu haben. Diese biologischen Gebote erfordern, dass Wildtiere sich kalt fühlen können, um die schädlichen Auswirkungen ihrer Extreme zu vermeiden. Tierarten haben ihr eigenes Äquivalent zu dem, was der Mensch als unangenehmes Beißen mit dem Gefühl von Nadelstichen empfindet, das uns dazu drängt, uns bald aufzuwärmen oder unter den Folgen zu leiden. Tatsächlich sind die Mechanismen des Nervensystems zur Erfassung eines Temperaturbereichs bei allen Wirbeltieren ziemlich gleich.
Eine Winterherausforderung für warmblütige Tiere oder Endothermen, wie sie wissenschaftlich genannt werden, besteht darin, ihre innere Körpertemperatur unter kalten Bedingungen aufrechtzuerhalten. Interessanterweise können die Schwellenwerte für die Temperaturmessung je nach Physiologie variieren. Zum Beispiel wird ein kaltblütiger, dh ektothermer Frosch ab einer niedrigeren Temperatur als bei einer Maus Kälte spüren. Neuere Forschungen zeigen, dass Winterschlaf-Säugetiere wie das dreizehnzeilige Grundeichhörnchen die Kälte erst bei niedrigeren Temperaturen spüren als Endothermen, die nicht Winterschlaf halten.
Tiere wissen also, wann es kalt ist, nur bei unterschiedlichen Temperaturen. Wenn das Quecksilber sinkt, leiden die Tiere oder gehen sie einfach mit dem eisigen Strom?
Einige Tiere finden einen geschützten Ort, um das Schlimmste abzuwarten, wie dieser Streifenhörnchen. (Michael Himbeault / CC BY) Eine Lösung: Entschleunigen und Auschecken
Viele Kälte-Klima-Endothermen zeigen Erstarrung: ein Zustand verminderter Aktivität. Sie sehen aus, als würden sie schlafen. Da Tiere, die torporieren können, abwechselnd ihre Körpertemperatur intern regulieren und die Umgebung beeinflussen können, betrachten die Wissenschaftler sie als „Heterothermen“. Unter rauen Bedingungen bietet diese Flexibilität den Vorteil einer niedrigeren Körpertemperatur - bemerkenswerterweise bei einigen Arten sogar unterhalb der 32 Grad Fahrenheit Gefrierpunkt - das ist mit vielen physiologischen Funktionen nicht vereinbar. Das Ergebnis ist eine geringere Stoffwechselrate und damit ein geringerer Energie- und Nahrungsbedarf. Der Winterschlaf ist eine verlängerte Version von Erstarrung.
Torpor bietet Energieeinsparungsvorteile vor allem für kleinere Wildtiere - denken Sie an Fledermäuse, Singvögel und Nagetiere. Sie verlieren von Natur aus schneller Wärme, weil die Oberfläche ihres Körpers im Vergleich zu ihrer Gesamtgröße groß ist. Um ihre Körpertemperatur im Normbereich zu halten, müssen sie im Vergleich zu Tieren mit größerem Körper mehr Energie verbrauchen. Dies gilt insbesondere für Vögel, die im Vergleich zu Säugetieren höhere durchschnittliche Körpertemperaturen beibehalten.
Leider ist Erstarrung keine perfekte Lösung, um eisige Bedingungen zu überstehen, da sie Kompromisse mit sich bringt, beispielsweise ein höheres Risiko, das Mittagessen eines anderen Tieres zu werden.
Anpassungen, die helfen
Es überrascht nicht, dass Tiere andere Anpassungen entwickelt haben, um die Wintermonate zu überstehen.
Wildtierarten in nördlichen Breiten sind tendenziell größer und haben kleinere Fortsätze als ihre nahen Verwandten in der Nähe der Tropen. Viele Tiere haben Verhaltensweisen entwickelt, die ihnen helfen, die Kälte zu bekämpfen: Hüten, Dennen, Graben und Nisten in Höhlen sind gute Abwehrkräfte. Einige Tiere erfahren physiologische Veränderungen, wenn der Winter näher rückt, Fettreserven aufbaut, dickeres Fell wächst und eine isolierende Luftschicht unter dem Fell oder den Federn gegen die Haut drückt.
Die großen Ohren eines Fenchels wären eine Gefahr in einem kalten Klima wie dem, in dem der Polarfuchs lebt. (Jonatan Pie / Unsplash und Kkonstan / Wikimedia Commons CC BY) Die Natur hat andere nette Tricks entwickelt, um verschiedenen Tieren dabei zu helfen, mit Bedingungen umzugehen, die Menschen beispielsweise nicht ertragen könnten.
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Gänse mit bloßen Füßen bequem auf Eis oder Eichhörnchen im Schnee stehen können? Das Geheimnis ist die unmittelbare Nähe der Arterien und Venen an ihren Extremitäten, die einen Gradienten der Erwärmung und Abkühlung erzeugt. Während das Blut vom Herzen zu den Zehen fließt, überträgt sich die Wärme von der Arterie auf die Vene, die kaltes Blut von den Zehen zurück zum Herzen transportiert. Durch diesen Wärmeaustausch im Gegenstrom kann der Körperkern warm bleiben und gleichzeitig den Wärmeverlust begrenzen, wenn die Extremitäten kalt, aber nicht so kalt sind, dass Gewebeschäden auftreten. Dieses effiziente System wird von vielen Land- und Wasservögeln und Säugetieren verwendet und erklärt sogar, wie der Sauerstoffaustausch in den Kiemen von Fischen stattfindet.
Wo wir gerade von Fischen sprechen: Wie gefrieren sie in eisigen Gewässern nicht von innen nach außen? Zum Glück schwimmt Eis, weil das Wasser als Flüssigkeit am dichtesten ist, sodass Fische bei nicht ganz gefrorenen Temperaturen unter der erstarrten Oberfläche ungehindert schwimmen können. Außerdem fehlt den Fischen möglicherweise der von anderen Wirbeltieren geteilte Kälteempfänger. Sie haben jedoch einzigartige Enzyme, die es ermöglichen, dass physiologische Funktionen bei kälteren Temperaturen fortgesetzt werden. In Polarregionen haben Fische sogar spezielle „Frostschutzproteine“, die sich an Eiskristalle in ihrem Blut binden, um eine weitgehende Kristallisation zu verhindern.
Karpfen in einem teilweise gefrorenen Teich geht es gut. (Starkov Roma / Shutterstock.com) Eine weitere Geheimwaffe bei Säugetieren und Vögeln bei längerer Kälteexposition ist braunes Fettgewebe oder „braunes Fett“, das reich an Mitochondrien ist. Sogar bei Menschen können diese zellulären Strukturen Energie als Wärme freisetzen und Wärme erzeugen, ohne dass sich die Muskeln zusammenziehen und die Energieeffizienz, die mit dem Zittern einhergeht, abnimmt. Auf diese Weise versucht der Körper, sich zu erwärmen. Diese nicht zitternde Hitzeentwicklung erklärt wahrscheinlich, warum die Menschen in Anchorage an einem 40-Grad-Fahrenheit-Frühlingstag zufrieden Shorts und T-Shirts tragen können.
Natürlich kann Migration eine Option sein - obwohl sie im Hinblick auf die energetischen Kosten für wild lebende Tiere und finanziell für Menschen, die näher am Äquator sein wollen, teuer ist.
Als Spezies haben Menschen die Fähigkeit, sich bis zu einem gewissen Grad zu akklimatisieren - einige von uns mehr als andere -, aber wir sind nicht besonders anpassungsfähig. 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 zusammengekauert hat, als der Winterwind durch sein Fell peitscht. Wir werden vielleicht nie wissen, ob Tiere den Winter fürchten - es ist schwierig, ihre subjektive Erfahrung einzuschätzen. Aber wild lebende Tiere haben eine Vielzahl von Strategien, die ihre Fähigkeit, der Kälte zu widerstehen, verbessern und sicherstellen, dass sie einen weiteren Frühling erleben.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Bridget B. Baker, klinische Tierärztin und stellvertretende Direktorin des Warrior-Labors für Wasser-, Translations- und Umweltforschung (WATER) an der Wayne State University
