Hemmeligheden bag skildpaddes dvale er numseånding

At trække vejret eller ikke at trække vejret, det er spørgsmålet.

Hvad ville der ske, hvis du blev nedsænket i en dam, hvor vandtemperaturen svævede lige over frysepunktet, og overfladen var dækket af et låg af is i 100 dage?

Godt, åbenbart ville du dø.

Og det er fordi du ikke er så sej som en skildpadde. Og med cool mener jeg ikke bare fantastisk, Jeg mener bogstaveligt talt cool, som i kulde. Plus, du kan ikke trække vejret gennem din numse.

Men skildpadder kan hvilket blot er en af ​​de mange grunde til, at skildpadder virkelig er fantastiske.

Koldt vejr bremser

Som en ektoterm - et dyr, der er afhængig af en ekstern varmekilde - sporer en skildpaddes kropstemperatur dens miljø. Hvis damvandet er 1 ℃, det samme er skildpaddens krop.

Men skildpadder har lunger, og de indånder luft. Så, hvordan er det muligt for dem at overleve i en kold dam med et låg af is, der forhindrer dem i at komme op efter luft? Svaret ligger i forholdet mellem kropstemperatur og stofskifte.

En kold skildpadde i koldt vand har et langsomt stofskifte. Jo koldere det bliver, jo langsommere er stofskiftet, hvilket udmønter sig i lavere energi- og iltbehov.

Når skildpadder går i dvale, de er afhængige af lagret energi og optager ilt fra dammens vand ved at flytte det hen over kropsoverflader, der flyder med blodkar. På denne måde de kan få nok ilt til at dække deres minimale behov uden at bruge deres lunger. Skildpadder har et område, der er særligt godt vaskulariseret — deres numser.

Se, Jeg lavede ikke sjov, skildpadder kan virkelig trække vejret gennem deres numser. (Det tekniske udtryk er cloacal respiration.)

Ikke frosset, bare koldt

Vi er ikke skildpadder. Vi er endotermer - dyre metaboliske varmeovne - der konstant skal forsyne vores kroppe med mad for at generere kropsvarme og opretholde en konstant temperatur for at forblive i live og godt.

Når det er koldt ude, vi samler tøj på for at fange metabolisk varme og holde os varme. Vi kunne aldrig opfange nok ilt på tværs af vores vaskulariserede overflader, andet end vores lunger, at levere den høje efterspørgsel af vores metaboliske ovne.

For mennesker, en ændring i kropstemperatur er et tegn på sygdom, at noget er galt. Når en skildpaddes kropstemperatur ændres, det er simpelthen fordi miljøet er blevet varmere eller koldere.

Men selv ektotermer har deres grænser. Med meget få undtagelser (f.eks. boksskildpadder), voksne skildpadder kan ikke overleve minusgrader; de kan ikke overleve at have iskrystaller i deres kroppe. Dette er grunden til, at ferskvandsskildpadder dvale i vand, hvor deres kropstemperaturer forbliver relativt stabile og ikke vil komme under frysepunktet.

Vand fungerer som en temperaturbuffer; den har en høj specifik varme, hvilket betyder, at det kræver meget energi at ændre vandtemperaturen. Damvandstemperaturer forbliver ret stabile over vinteren, og en ektoterm, der sidder i det vand, vil have en tilsvarende stabil kropstemperatur. Luft, på den anden side, har en lav specifik varme, så dens temperatur svinger, og bliver for kold til at skildpadden kan overleve.

Krampede muskler

En isdækket dam giver to problemer for skildpadder:de kan ikke komme til overfladen for at trække vejret, og lidt ny ilt kommer i vandet. Oven i købet, der er andre væsner i dammen, der forbruger den ilt, der blev produceret af vandplanter i løbet af sommeren.

I løbet af vinteren, efterhånden som ilten opbruges, dammen bliver hypoksisk (lavt iltindhold) eller iltfattigt (iltmangel). Nogle skildpadder kan håndtere vand med lavt iltindhold - andre kan ikke.

Snapende skildpadder og malede skildpadder tolererer denne stressende situation ved at ændre deres stofskifte til en, der ikke kræver ilt. Denne evne er fantastisk, men det kan være farligt endda dødelig, hvis det varer for længe, fordi der opbygges syrer i deres væv som følge af dette metaboliske skifte.

Men hvor lang tid er "for lang"? Både snapskildpadder og malede skildpadder kan overleve tvungen nedsænkning ved kolde vandtemperaturer i laboratoriet i godt 100 dage. Malede skildpadder er kongerne af anoksi-tolerance. De mobiliserer calcium fra deres skaller for at neutralisere syren, stort set på samme måde som vi tager calciumholdige antacida mod halsbrand.

Om foråret, når anaerobe skildpadder dukker op fra dvale, de er dybest set én stor muskelkramper. Det er ligesom når du løber hårdt – din krop skifter til anaerobt stofskifte, mælkesyre opbygges og man får krampe. Skildpadderne er desperate efter at sole sig i solen for at øge deres kropstemperatur, at sætte gang i deres stofskifte og fjerne disse sure biprodukter.

Og det er svært at bevæge sig, når de er så krampagtige, gør dem sårbare over for rovdyr og andre farer. Forårets fremkomst kan være en farlig tid for disse sløve skildpadder.

Sporing af skildpadder i koldt vejr

Feltbiologer har en tendens til at forske i løbet af foråret og sommeren, når dyrene er mest aktive. Men i Ontario, hvor vintrene er lange, mange skildpaddearter er inaktive i halvdelen af ​​deres liv.

At forstå, hvad de gør og har brug for om vinteren, er afgørende for deres bevarelse og habitatbeskyttelse, især i betragtning af, at to tredjedele af skildpaddearterne er i risiko for at uddø.

Min forskergruppe har overvåget flere arter af ferskvandsskildpadder under deres dvale. Vi fastgør bittesmå enheder til skildpaddernes skaller, der måler temperatur og giver os mulighed for at følge dem under isen.

Vi har fundet ud af, at alle arter vælger at gå i dvale i vådområder, der svæver lige over frysepunktet, at de bevæger sig rundt under isen, dvale i grupper og vende tilbage til de samme steder vinter efter vinter.

På trods af alt dette arbejde, vi ved stadig så lidt om denne del af skildpadders liv.

Så, Jeg gør, hvad enhver engageret biolog ville gøre:Jeg sender mine studerende ud for at lave feltforskning ved -25 ℃. Vi er ikke begrænset til biologi i godt vejr her.

Udover, der er uovertruffen skønhed i et canadisk vinterlandskab, især når du forestiller dig alle de fantastiske skildpadder under isen, trække vejret gennem deres numser.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.