Das Geheimnis zum Schildkröten-Winterschlaf: Butt-Breathing


Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht in The Conversation. Die Publikation hat den Artikel zu Live Science Expert Stimmen: Op-Ed & Insights beigesteuert.

Atmen oder nicht atmen, das ist die Frage.

Was würde passieren, wenn man in eine Teich, wo die Wassertemperatur knapp über dem Gefrierpunkt lag und die Oberfläche 100 Tage lang von einem Eisdeckel bedeckt war?

Nun, offensichtlich würdest du sterben.

Und das liegt daran, dass du nicht so cool bist wie eine Schildkröte. Und mit cool meine ich nicht nur erstaunlich, ich meine buchstäblich cool, wie bei Kälte. Außerdem kannst du nicht durch deinen Hintern atmen.

Aber Schildkröten können das, was nur einer der vielen Gründe ist, warum Schildkröten wirklich beeindruckend sind.

Als Ektotherme – ein Tier, das sich verlässt auf einer externen Wärmequelle – die Körpertemperatur einer Schildkröte entspricht der ihrer Umgebung. Wenn das Teichwasser 1 ℃ ist, so ist auch der Körper der Schildkröte.

Aber Schildkröten haben Lungen und atmen Luft. Wie ist es also möglich, dass sie in einem eisigen Teich mit einem Eisdeckel überleben, der sie daran hindert, Luft zu holen? Die Antwort liegt in der Beziehung zwischen Körpertemperatur und Stoffwechsel.

Eine kalte Wasserschildkröte hat einen langsamen Stoffwechsel. Je kälter es wird, desto langsamer wird der Stoffwechsel, was sich in niedrigeren Energie- und Sauerstoffanforderungen niederschlägt.

Wenn Schildkröten Winterschlaf halten, verlassen sie sich auf gespeicherte Energie und nehmen Sauerstoff aus dem Teichwasser auf, indem sie ihn über Blutgefäße bündeln. .. Auf diese Weise können sie genug Sauerstoff bekommen, um ihre minimalen Bedürfnisse zu befriedigen, ohne ihre Lungen zu benutzen. Schildkröten haben einen besonders vaskularisierten Bereich – ihren Hintern.

Siehst du, ich habe nicht gescherzt, Schildkröten können wirklich durch ihren Hintern atmen. (Der Fachausdruck ist Kloakenatmung.)

Wir sind keine Schildkröten. Wir sind Endothermen – teure Stoffwechselwärmeöfen – die unseren Körper ständig mit Nahrung versorgen müssen, um Körperwärme zu erzeugen und eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, um am Leben zu bleiben.

Wenn es kalt ist, stapeln wir Kleidung, um Stoffwechselwärme einzufangen. warm bleiben. Wir könnten niemals genug Sauerstoff über unsere vaskularisierten Oberflächen, außer unserer Lunge, aufnehmen, um den hohen Bedarf unserer metabolischen Öfen zu decken.

Für den Menschen ist eine Veränderung der Körpertemperatur ein Zeichen von Krankheit, dass etwas nicht stimmt. Wenn sich die Körpertemperatur einer Schildkröte ändert, liegt das einfach daran, dass die Umgebung wärmer oder kälter geworden ist.

Aber selbst ectotherms haben ihre Grenzen. Mit sehr wenigen Ausnahmen (z. B. Dosenschildkröten) können adulte Schildkröten die eisigen Temperaturen nicht überleben; Sie können nicht überleben, Eiskristalle in ihren Körpern zu haben. Süßwasserschildkröten überwintern deshalb im Wasser, wo ihre Körpertemperatur relativ stabil bleibt und nicht unter den Gefrierpunkt sinkt.

Wasser wirkt als Temperaturpuffer; Es hat eine hohe spezifische Wärme, was bedeutet, dass es viel Energie braucht, um die Wassertemperatur zu ändern. Teichwassertemperaturen bleiben über den Winter ziemlich stabil und eine Ectotherme, die in diesem Wasser sitzt, wird eine ähnlich stabile Körpertemperatur haben. Die Luft dagegen hat eine geringe spezifische Wärme, so dass ihre Temperatur schwankt und für das Überleben der Schildkröten zu kalt wird.

Ein eisbedeckter Teich stellt zwei Probleme für Schildkröten dar: Sie können nicht auftauchen atmen Sie ein, und wenig neuer Sauerstoff gelangt ins Wasser. Obendrein gibt es noch andere Lebewesen im Teich, die den im Sommer von Wasserpflanzen produzierten Sauerstoff verbrauchen.

Im Winter wird der Teich hypoxisch (niedriger Sauerstoffgehalt) oder anoxisch, wenn der Sauerstoff verbraucht ist. (an Sauerstoff verarmt). Einige Schildkröten können mit sauerstoffarmem Wasser umgehen – andere nicht.

Schnappschildkröten und gemalte Schildkröten tolerieren diese Stresssituation, indem sie ihren Stoffwechsel auf einen Stoff umstellen, der keinen Sauerstoff benötigt. Diese Fähigkeit ist verblüffend, kann aber gefährlich sein, sogar tödlich, wenn sie zu lange andauert, weil sich durch diesen Stoffwechselwechsel in ihrem Gewebe Säuren ansammeln.

Aber wie lange ist "zu lang"? Sowohl Schnappschildkröten als auch gemalte Schildkröten können über 100 Tage lang im Labor bei kaltem Wasser ein Überwältigen überleben. Bemalte Schildkröten sind die Könige der Anoxia-Toleranz. Sie mobilisieren Calcium aus ihren Schalen, um die Säure zu neutralisieren, ähnlich wie wir calciumhaltige Antazida gegen Sodbrennen einnehmen.

Im Frühjahr, wenn anaerobe Schildkröten aus dem Winterschlaf kommen, sind sie im Grunde ein einziger großer Muskelkrampf. Es ist wie bei einem harten Lauf – Ihr Körper wechselt zum anaeroben Stoffwechsel, Milchsäure baut sich auf und Sie bekommen einen Krampf. Die Schildkröten wollen unbedingt in der Sonne sonnen, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen, ihren Stoffwechsel anzuregen und diese sauren Nebenprodukte zu eliminieren.

Und es ist schwer, sich zu bewegen, wenn sie so krampfig sind, dass sie anfällig für Raubtiere und andere sind. Gefahren. Das Auftauchen des Frühlings kann eine gefährliche Zeit für diese lethargischen Schildkröten sein.

Feldbiologen forschen im Frühjahr und Sommer, wenn Tiere am aktivsten sind. Aber in Ontario, wo die Winter lang sind, sind viele Schildkrötenarten die Hälfte ihres Lebens untätig.

Zu verstehen, was sie im Winter tun und brauchen, ist für ihre Erhaltung und den Schutz ihrer Lebensräume von großer Bedeutung, besonders angesichts der Tatsache, dass zwei Drittel der Schildkrötenarten sind vom Aussterben bedroht.

Meine Forschungsgruppe hat während ihres Winterschlafs mehrere Arten von Süßwasserschildkröten beobachtet. Wir befestigen an den Schildkrötenschalen winzige Geräte, die die Temperatur messen und es uns ermöglichen, ihnen unter dem Eis zu folgen.

Wir haben festgestellt, dass alle Arten in Feuchtgebieten, die knapp über dem Gefrierpunkt schweben, überwintern. Eis, überwintert in Gruppen und kehrt Winter für Winter an die gleichen Orte zurück.

Trotz all dieser Arbeit wissen wir noch so wenig über diesen Teil des Lebens der Schildkröten.

Also tue ich, was jeder engagierte Biologe tun würde: Ich schicke meine Studenten aus, um Feldforschung bei -25 ℃ zu machen. Wir sind hier nicht auf Schönwetterbiologie beschränkt.

Außerdem gibt es unvergleichliche Schönheit in einer kanadischen Winterlandschaft, besonders wenn man sich all die furchterregenden Schildkröten unter dem Eis vorstellt, die durch ihren Hintern atmen.

Jacqueline Litzgus, Professorin, Abteilung für Biologie, Laurentian Universität [194559005] [19455911]

Dieser Artikel wurde ursprünglich für The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.