Adaptacja do zimna i aklimatyzacja to dwa rodzaje dostosowań, których dokonują żywe organizmy, gdy występują zmiany temperatury otoczenia. Zarówno adaptacja, jak i aklimatyzacja zapewniają przetrwanie organizmów na poziomie jednostki i populacji.
Wahania temperatury, nawet o kilka stopni, mogą oznaczać dla zwierzęcia różnicę między życiem a śmiercią. Na przykład, gdy słońce zachodzi za chmurą i powoduje spadek temperatury o zaledwie dwa stopnie, ruch much zwalnia.
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa mechanizmy fizjologiczne umożliwiające dostosowanie adaptacji do zimna. Najpierw jest stosowanie strategii zatrzymywania ciepła ciała. Po drugie, wytwarzanie ciepła ciała poprzez metaboliczne spalanie żywności na paliwo.
Czasami adaptacja do zimna jest nagłą reakcją
Zwierzęta regulują temperaturę ciała w obliczu nagłego spadku temperatury. W tym celu wykazują szereg reakcji odruchowych, w których pośredniczą receptory zimna w skórze, a ich funkcją jest utrzymywanie ciepła. Najważniejsze z nich to:
- Zwężenie obwodowych naczyń krwionośnych.
- Erekcja sierści lub piór zwierzęcia.
- Drżenie w małych ruchach, które wytwarzają ciepło poprzez wydawanie energii.
- Zmniejszenie odsłoniętej powierzchni podczas przyjmowania pozycji zwiniętej.
Jeśli liczba wspomnianych powyżej barier adaptacyjnych nie jest w stanie poradzić sobie z zimnem, organizm zwiększy swoją podstawową przemianę materii w celu utrzymania temperatury ciała. To ogromny wydatek energetyczny.
Przystosowanie do zimna może być również grupowe
Warto to wiedzieć istnieją unikalne adaptacje behawioralne, z których korzystają zwierzęta antarktyczne przetrwać srogą zimę. Na przykład pingwiny cesarskie tworzą duże kolonie.
Bliskość między pingwinami nie tylko odpowiada na potrzebę dzielenia się ciepłem ciała, ale także chroni je przed działaniem wiatru. Ciekawostką jest to, że pingwiny w kolonii naprzemiennie zajmują pierwszą linię, która przełamuje wiatr.
Istnieją różnice między aklimatyzacją a przystosowaniem do zimna
Ponieważ terminy te mogą być mylone, uważamy, że konieczne jest podkreślenie ich różnic. Aklimatyzacja to suma dostosowań, które następują po wielokrotnym i długotrwałym narażeniu na niskie temperatury, czyli jest procesem przejściowym.
Po drugie, przystosowanie do zimna ustala się dopiero po wielu pokoleniach i podlega procesowi doboru naturalnego. Tak więc, chociaż czas ekspozycji na aklimatyzację jest różny w zależności od gatunku, zwykle wynosi on od dwóch do sześciu tygodni.
Co więcej, po wzroście temperatury następuje odwrócenie fizjologicznej regulacji aklimatyzacji. W przeciwieństwie do tego, adaptacja jest stopniowym, długotrwałym i nieodwracalnym procesem, w którym żywe organizmy przystosowują się do nowego środowiska przez nieokreślony czas.
Adaptacje na zimno: świat charakterystycznych cech
Po zdefiniowaniu różnic między adaptacją a aklimatyzacją nadszedł czas, aby zaobserwować pewne przykłady tego zjawiska adaptacyjnego w królestwie zwierząt.
Gruba sierść: bardzo skuteczna adaptacja do zimna
Ssaki i ptaki polarne fizycznie chronią się przed zimnem, wyhodując zimowe upierzenie i futro. Przygotowują również warstwę tłuszczu, aby zapobiec utracie ciepła. Wiele zwierząt ma wiatroszczelną lub wodoodporną sierść.
Ponownie, bardzo dobrym tego przykładem są pingwiny cesarskie. Ptaki te mają cztery warstwy łuskowatych piór. Warstwy zachodzą na siebie, dzięki czemu stanowią dobrą ochronę przed wiatrem, nawet w ekstremalnych warunkach, takich jak burza śnieżna.
Właściwości izolacyjne powłoki zależą od przewodności cieplnej poszczególnych włosów i ich zbiorowej zdolności do zatrzymywania warstwy powietrza. Na przykład u reniferów i karibu każdy włos na zewnętrznym płaszczu jest pusty i zawiera tysiące wypełnionych powietrzem wgłębień oddzielonych cienkimi przegrodami.
Grube warstwy tłuszczu, zasób o podwójnym przeznaczeniu
Wieloryby, foki i niektóre pingwiny mają grube warstwy tłuszczu. Warstwy te pełnią funkcję izolacji, ponieważ zatrzymują ciepło ciała i zapobiegają jego rozpraszaniu się w środku. Wpływ na zwierzę jest analogiczny do aktu owinięcia się kocem.
U niektórych zwierząt ochrona jest dodatkowo udoskonalona: są w stanie zmniejszyć przepływ krwi w tkance tłuszczowej. Ta strategia jest bardzo skuteczna, ponieważ im dalej krew znajduje się na powierzchni skóry, tym mniej ciepła jest tracone.
Po drugie, warstwy tłuszczu mogą być również wykorzystywane jako rezerwa energii w miejscach o niewielkich zasobach żywności. Na przykład, samce słoni morskich mogą żyć ze swoich zapasów tłuszczu w sezonie zimowym.
Zimno nakłada również małe kończyny
Bez wątpienia te części ciała, które wystają z głównej objętości zwierzęcia, są często pierwszymi miejscami, w których zimą odczuwa się zimno. Pingwiny cesarskie mają bardzo małe nogi i płetwy, co oznacza, że wymagają mniej krwi i tracą mniej ciepła.
Z drugiej strony maleńkie uszy i ogonki to kolejna adaptacja do zimna. Na przykład w krewnym Ilí z królika pica (Ochotona iliensis), jego małe przydatki są odporne na zamarzanie.
Wymiana przeciwprądowa w celu oszczędzania ciepła: cudowna sieć
Należy zauważyć że żadne zwierzę - duże czy małe - nie może pokryć całego ciała izolującą skórąponieważ nogi, płetwy i nos muszą mieć swobodę działania. Gdyby jednak te kończyny pozwoliły na ucieczkę ciepła ciała, wiele zwierząt nie byłoby w stanie przetrwać w zimnym klimacie.
A więc mewa lub kaczka pływająca w lodowatej wodzie straciliby ciepło przez błoniaste stopy szybciej, niż mogliby je wytworzyć. Ponadto gorące stopy na śniegu stopiłyby go, a stopy zwierzęcia wkrótce zamarzłyby, co spowodowało, że zwierzę zatrzymałoby się w stałej pozycji.
W obliczu tego praktycznego problemu natura opracowała prosty, ale skuteczny mechanizm zmniejszania strat ciepła. Jest o utrzymuj kończyny chłodne, korzystając z cudownego połączenia sieciowego. Krótko mówiąc, wymiana przeciwprądowa zachodzi w sieci małych tętnic i żył, które tworzą się na styku tułowia i kończyny zwierzęcia.
W tej sieci tętnice przenoszące ciepłą krew do kończyny i żyły, które przywracają schłodzoną krew, znajdują się blisko siebie. Bliskość zachęca ciepłą krew tętniczą do przenoszenia ciepła do zimnej krwi żylnej, co pozwala zachować część ciepła ciała.
Jak widzieliśmy, istnieje wiele adaptacji różnych grup kręgowców do ekstremalnych zmian środowiskowych. Dzięki nim niektórym zwierzętom udało się skolonizować najbardziej niegościnne i niesprzyjające środowiska na Ziemi.
