The Secret til Turtle Hibernation: Butt-Breathing


Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation. Publikationen bidrager med artiklen til Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights .

At indånde 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 blev dækket af et islåg i 100 dage?

Nå, selvfølgelig ville du dø.

Og det er fordi du ikke er så kold som en skildpadde. Og med koldt betyder jeg ikke bare fantastisk, jeg mener bogstaveligt talt cool, som i koldt. Plus, du kan ikke trække vejret gennem din røv.

Men skildpadder kan, som blot er en af ​​de mange grunde, at skildpadder virkelig er awesome.

Som en ectoterm – et dyr, der stoler på på en ekstern kilde til varme – en skildpadde kropstemperatur sporer det af sit miljø. Hvis dammen vand er 1 ℃, så er skildpaddens krop.

Men skildpadder har lunger, og de trækker vejret. Så hvordan kan de overleve i en fugtig dam med et islåg, der forhindrer dem i at komme op til luft? Svaret ligger i forholdet mellem kropstemperatur og stofskifte.

En kold skildpadde i koldt vand har en langsom metabolisme. Jo koldere det bliver, jo langsommere er stofskiftet, som overskrider lavere energi og iltbehov.

Når skildpadder dvale, afhænger de af lagret energi og optager ilt fra dammen vand ved at flytte det over kroppens overflader, der er flush med blodkar . På den måde kan de få nok ilt til at understøtte deres minimale behov uden at bruge deres lunger. Skildpadder har et område, der er særligt godt vascularized – deres butter.

Se, jeg var ikke sjov, skildpadder kan virkelig trække vejret gennem deres røv. (Det tekniske udtryk er cloacal respiration.)

Vi er ikke skildpadder. Vi er endotermier – dyre metaboliske varmeovne – der skal konstant brændes vores krop med mad til at generere kropsvarme og opretholde en konstant temperatur for at holde os levende og godt.

Når det er koldt, hælder vi på tøj for at fange metabolisk varme og Forbliv varm. Vi kunne aldrig afhente nok ilt på tværs af vasculariserede overflader, bortset fra lungerne, for at give den store efterspørgsel efter vores metaboliske ovne.

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

Men selv ektotermer har deres grænser. Med meget få undtagelser (fx bokskildpadder) kan voksne skildpadder ikke overleve frysende temperaturer; de kan ikke overleve at have iskrystaller i deres kroppe. Derfor sover ferskvandskildpadder i vand, hvor deres kropstemperaturer forbliver forholdsvis stabile og vil ikke gå under frysning.

Vand fungerer som en temperaturbuffer; den har en høj specifik varme, hvilket betyder, at det tager meget energi at ændre vandtemperaturen. Damvandetemperaturerne forbliver ret stabile i løbet af vinteren, og en ectoterm siddende i det vand vil have en tilsvarende stabil kropstemperatur. Luft har derimod en lav specifik varme, så temperaturen svinger og bliver for kold for skildpaddsoverlevelse.

En isdækket dam giver to problemer for skildpadder: de kan ikke overflade til tag et åndedrag, og lidt nyt ilt kommer ind i vandet. På toppen af ​​det er der også andre critters i dammen, der bruger oksygen, der blev produceret af vandplanter i løbet af sommeren.

Om vinteren, når ilt er opbrugt, bliver dammen hypoxisk (lavt oxygenindhold) eller anoxisk (udtømt af ilt). Nogle skildpadder kan håndtere vand med lavt iltindhold – andre kan ikke.

Snapper skildpadder og malet skildpadder tolererer denne stressende situation ved at skifte deres stofskifte til en, der ikke kræver ilt. Denne evne er fantastisk, men kan være farlig, endog dødelig, hvis det går for længe, ​​fordi syrer opbygges i deres væv som følge af denne metaboliske omskifter.

Men hvor lang tid er "for lang?" Både snappeskildpadder og malet skildpadder kan overleve tvungen nedsænkning ved koldtemperatur i laboratoriet i godt over 100 dage. Malede skildpadder er kongens anoxietolerance. De mobiliserer calcium fra deres skaller for at neutralisere syren, på samme måde som vi tager kalciumholdige antacida for halsbrand.

I foråret, når anaerobe skildpadder kommer ud af dvaletilstand, er de dybest set en stor muskelkramper. Det er som når du går for et hårdt løb – din krop skifter til anaerob metabolisme, mælkesyre opbygges, og du får en kramper. Skildpadderne er desperate til at baske i solen for at øge deres kropstemperatur, for at forbrænde deres stofskifte og eliminere disse sure biprodukter.

Og det er svært at flytte, når de er så krampede, hvilket gør dem sårbare over for rovdyr og andre risici. Forårsspring kan være en farlig tid for disse sløvede skildpadder.

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

At forstå, hvad de gør og har brug for om vinteren, er afgørende for deres bevarelse og beskyttelse af deres levesteder, især fordi to tredjedele af skilpadderarter er i fare for udryddelse.

Min forskningsgruppe har overvåget flere arter af ferskvandsskildpadder under deres dvaletilstand. Vi vedhæfter små 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 dvale i vådområder, der svæver lige over frysning, at de bevæger sig under is, dvale i grupper og vende tilbage til de samme steder vinter efter vinter.

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

Så gør jeg hvad en begået biolog ville gøre: Jeg sender mine studerende ud til at lave feltforskning ved -25 ℃. Vi er ikke begrænset til fair weather biology her.

Derudover er der enestående skønhed i et canadisk vinterlandskab, især når du forestiller alle de fantastiske skildpadder under isen, trækker vejret gennem deres butter.

Jacqueline Litzgus, Professor, Institut for Biologi, Laurentian University

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation. Læs den oprindelige artikel.