Ko temperature močno narastejo, se številne živali začnejo zanašati na različne mehanizme za uravnavanje telesne temperature
V zadnjih letih postajajo ekstremni vročinski dogodki pravilo, ne izjema. Leto 2023 je bilo uradno najtoplejše, kar jih pomnimo, in kot opozarja klimatologinja Jennifer Francis iz raziskovalnega centra Woodwell Climate Research Center, se bodo vročinski valovi zaradi podnebnih sprememb le še stopnjevali. Čeprav podatki segajo zgolj do sredine 20. stoletja, je to »skoraj zagotovo« najtoplejše obdobje planeta v mnogo daljšem časovnem okviru, »verjetno segajoče vsaj 100.000 let nazaj«.
Medtem ko se ljudje lahko vedno bolj zanašamo na tehnologijo, se živali spopadajo z vročino le z lastnimi telesnimi ali vedenjskimi prilagoditvami, ki segajo vse od fizioloških posebnosti do bistroumnih strategij hlajenja. Sicer tvegajo izčrpanost, dehidracijo ali celo smrt.
V Mehiki zaradi dehidracije z dreves padajo opice vriskači (rod Alouatta), v Kanadi množično poginjajo školjke, v Argentini pa naenkrat umre več sto pingvinov. Ena izmed študij v reviji Nature opozarja, da bo do konca stoletja kar 40 odstotkov kopenskih vretenčarjev redno izpostavljenih ekstremnim temperaturnim dogodkom, najhuje pa naj bi prizadelo prav dvoživke in plazilce.
Tigri se, če le imajo možnost, ohladijo v vodi.
Koristi toplote
Toplota je temeljni dejavnik za obstoj življenja na Zemlji. Brez sončne energije bi bil naš planet mrzel, temen in popolnoma neprimeren za razvoj organizmov. Zato toplota sama po sebi ni nekaj slabega. Pravzaprav gre za ključen naravni vir, od katerega so odvisni številni biološki procesi.
Živa bitja toploto potrebujejo za osnovne življenjske funkcije: omogoča presnovo, spodbuja gibanje, podpira rast in je nujna za razmnoževanje. Živa bitja pa se z njo različno spopadajo, predvsem glede na to, ali so toplokrvna ali hladnokrvna. Toplokrvne živali, kot so ptice in sesalci, vzdržujejo stalno notranjo temperaturo, ne glede na temperaturo okolja. To stalnost dosežejo s proizvajanjem toplote znotraj telesa, predvsem prek presnove hrane, ki je zanje bistvena. Hrana namreč vsebuje kemično energijo, ki jo telo s presnovnimi reakcijami pretvori v toploto. Prav zaradi tega je za toplokrvne živali hrana nujen vir toplote. Manjša ko je toplokrvna žival, več hrane mora zaužiti glede na svojo velikost, da ohrani notranjo toploto.
Temperatura okolja je pomembna za hladnokrvne živali, saj te ne uravnavajo telesne temperature z notranjimi mehanizmi, temveč jo privzamejo iz okolja. Ker ne uporabljajo energije za vzdrževanje temperature, potrebujejo precej manj hrane kot toplokrvne živali. Pitoni, na primer, lahko brez težav preživijo celo leto brez hrane, ker ne uporabljajo energije za ogrevanje telesa. Če mirujejo, porabijo minimalno količino energije.
Sončna toplota je zanje ključnega pomena. Ko vidimo želve, kuščarje ali kače, kako ležijo na kamnih in se sončijo, v resnici pospešujejo svoj metabolizem. Pri višjih temperaturah se kemijske reakcije v telesu odvijajo hitreje, kar pomeni večjo gibljivost, hitrejše prebavljanje in večjo možnost pobega pred plenilci.
Oblika in velikost telesa imata pomembno vlogo pri tem, kako učinkovito organizem uravnava temperaturo. Večje živali se počasneje ohlajajo in segrevajo zaradi razmerja med prostornino in površino, zato so skoraj vse velike živali toplokrvne. Po drugi strani imajo hladnokrvne živali pogosto podolgovato ali ploščato telo, ki jim omogoča hitrejše uravnavanje toplote. Zaradi takšne telesne zgradbe se v soncu hitro segrejejo, v senci pa hitro ohladijo.
Ob tem velja še Bergmannovo pravilo, ki pravi, da so znotraj iste vrste osebki v hladnejših podnebjih večji od tistih v toplejših. Na primer: belorepi jeleni, ki živijo v Kanadi, so večji od tistih v Mehiki – ker večje telo počasneje oddaja toploto, kar je prednost v mrzlem okolju.
Toplota pa ima lahko tudi presenetljive učinke na vedenje. Nekatere živali celo privlači, denimo določene vrste ptičev, kot je orjaška droplja (Ardeotis kori), ki se prehranjuje z žuželkami, spečenimi v travnatih požarih, in neke vrste hroščev, ki odlagajo jajčeca na ožgano lubje.
Ne nazadnje je sončna toplota ključen dejavnik tudi v naravnih procesih, kot je kroženje vode, saj omogoča izhlapevanje iz oceanov, jezer in rek, kar poganja vodni cikel in vpliva na podnebje celotnega planeta.
Orjaška droplja se prehranjuje z žuželkami, spečenimi v travnatih požarih.
Temna plat vročine
Čeprav je toplota nujna za življenje, lahko njeni presežki hitro postanejo nevarni. Ko temperatura preseže meje, ki jih lahko organizem prenese, pride do resnih bioloških motenj. Ekstremna vročina lahko na celični ravni poškoduje beljakovine, saj te z visoko temperaturo denaturirajo – izgubijo svojo naravno strukturo in s tem tudi funkcijo, ki jo opravljajo. To velja tudi za številne encime, ki sodelujejo pri ključnih celičnih procesih, kot so presnova, delitev celic ali popravilo DNK. Ko encimi prenehajo delovati, se celično ravnovesje poruši in celica začne propadati.
Celice lahko na vročino odgovorijo na dva načina. Pri blažjih oblikah toplotnega stresa se aktivirajo obrambni mehanizmi, med katerimi ima ključno vlogo povečana proizvodnja tako imenovanih beljakovin toplotnega šoka (angl. heat shock proteins). Te pomagajo poškodovanim beljakovinam povrniti prvotno obliko in zavirajo sprožitev celične smrti. A če je vročinski stres premočan ali traja predolgo, mehanizmi popustijo. Beljakovine začnejo množično denaturirati in se zlepljati med seboj, kar povzroči zastoj v sintezi novih beljakovin, motnje v celičnem ciklu in povečano občutljivost za druge stresne dejavnike.
Takšne celične motnje se sčasoma odražajo tudi na ravni celotnega organizma kot počasnejša rast, zmanjšana plodnost, vedenjske spremembe, dehidracija, oslabljen imunski sistem, zmanjšana zmožnost prilagajanja … V skrajnih primerih se konča s poginom živali, ki ne zmorejo več uravnavati telesne temperature ali nadomestiti izgubljene tekočine.
Edinstveno orožje
Ko temperature močno narastejo, se številne živali začnejo zanašati na različne mehanizme za uravnavanje telesne temperature. Kožuhaste pogosto sopejo, večinoma mirujejo ali poiščejo hladno senco. Ljudje pa smo prav posebna izjema v živalskem svetu. Smo namreč ena redkih vrst, poleg konjev in nekaterih primatov, ki za hlajenje telesa uporabljamo aktivno potenje, pri čemer voda izhlapeva neposredno s površine kože in s tem učinkovito odnaša odvečno toploto.
Rdeči kenguruji v Avstraliji si ližejo sprednje tace, skozi katere poteka veliko krvnih žil. Ko slina izhlapeva, hladi kri, kar pomaga pri zniževanju telesne temperature.
Potenje nam omogočajo številne znojne žleze, razporejene po celotnem telesu. V nasprotju z večino drugih sesalcev imamo mi več milijonov teh žlez, zaradi česar smo sposobni z znojenjem uravnavati telesno temperaturo tudi med intenzivno telesno dejavnostjo ali v času največje pripeke.
Poleg ljudi se podobno potijo le konji, vendar je njihov mehanizem nekoliko drugačen. Njihove žleze, ki so povezane z dlako, izločajo gostejšo tekočino, sestavljeno iz vode, beljakovin in lipidov. Konji se zato hladijo tudi s sopenjem. Psi in mačke imajo znojne žleze le na blazinicah tačk, kar pa zadošča za minimalno izhlapevanje. Večino toplote zato tudi ti izločajo s sopenjem.
Zanimivo je, da smo ljudje nekoč verjetno prav tako uporabljali sopenje kot glavni način ohlajanja, kot še danes počnejo naši najbližji sorodniki, šimpanzi in gorile. A z evolucijo se je spremenilo nekaj pomembnega. Po besedah Yane Kamberov, docentke genetike na Univerzi v Pensilvaniji, je učinkovito potenje človeku omogočilo pomembno evolucijsko prednost.
Aktiven je lahko bil v najtoplejšem delu dneva, ko so se drugi plenilci umikali v senco. Druga hipoteza pa pravi, da se je ob razvoju rodu Homo pojavila potreba po dolgotrajnem teku in iskanju hrane, kar je ustvarilo pritisk za razvoj hlajenja s potenjem.
Iznajdljivost živali
Večina živali uporablja povsem drugačne vedenjske strategije, da se ohladijo v času vročinskih valov. To pogosto vključuje iskanje sence, umik v vodo, zmanjšano aktivnost ali celo začasno spanje.
Koale v Avstraliji na primer objemajo hladna debla evkaliptusov, s čimer zmanjšujejo svojo telesno temperaturo.
Nekatere vrste se znajdejo na zelo izvirne načine. Koale v Avstraliji na primer objemajo hladna debla evkaliptusov, s čimer zmanjšujejo svojo telesno temperaturo, medtem ko so medvedi v Kaliforniji že večkrat presenetili ljudi, ko so se med vročinskimi valovi hladili kar v zasebnih vrtnih bazenih. Ptice, ki nimajo znojnih žlez, odpirajo kljune in sopejo, nekatere, denimo pelikani in kormorani, pa v vročini tudi hitro tresejo vlažne membrane v grlu, kar pospeši izhlapevanje in s tem dodatno hlajenje telesa.
Sloni in drugi sesalci z velikimi uhlji uporabljajo ravno uhlje kot naravne hladilne plošče. Skozi gosto prepletene žile na ušesih oddajajo toploto v okolje, ohlajena kri pa nato kroži naprej po telesu. Nekatere živali pa se vročini preprosto izognejo tako, da se umaknejo v hladnejša zatočišča. Plazilci se skrijejo pod kamne ali v rove, ribe in želve se pogreznejo v globlje, hladnejše plasti vode.
Zelo učinkovita, a pogosto spregledana strategija je poležavanje na hladni podlagi. Psi, mačke in veverice se v vročini pogosto raztegnejo po tleh, z iztegnjenimi tačkami in trebuhom tesno ob podlago. Na ta način povečajo stik s hladno površino in učinkovito oddajajo telesno toploto v okolje.
Skrajne strategije
Nekatere živali se na ekstremne vročinske razmere odzovejo s skrajnejšimi strategijami. Med njimi so nekatere vrste žab, polžev in afriških rib pljučaric, ki se v sušnem obdobju zatečejo v stanje estivacije. To je neke vrste poletna hibernacija, s katero se izognejo vročini in pomanjkanju vode. Takrat negibno počivajo, pogosto zakopane globoko v zemljo, kjer so temperature znosnejše.
Psi, mačke in veverice se v vročini pogosto raztegnejo po tleh, z iztegnjenimi tačkami in trebuhom tesno ob podlago. Na ta način povečajo stik s hladno površino in učinkovito oddajajo telesno toploto v okolje.
Številne prilagoditve pa so tudi presenetljivo domiselne. Rdeči kenguruji v Avstraliji si ližejo sprednje tace, skozi katere poteka veliko krvnih žil. Ko slina izhlapeva, hladi kri, kar pomaga pri zniževanju telesne temperature. Še nenavadnejšo tehniko uporabljajo kljunati ježki, ki iz nosnic izpihujejo sluzne mehurčke. Ti vlažijo konico smrčka, kjer je prepleten sistem krvnih sinusov, in ob izhlapevanju učinkovito hladijo kri.
Nekatere uporabljajo posebni način fotosinteze CAM, pri katerem ponoči zajemajo ogljikov dioksid, podnevi pa z zaprtimi listnimi režami izvajajo fotosintezo in hkrati zmanjšujejo izgubo vode. Poleg tega imajo rastline bodisi razvejen plitev koreninski sistem, ki hitro vsrka deževnico, bodisi globoke korenine, s katerimi dosežejo podzemne zaloge.
V vročini rastline tvorijo posebne proti toploti odporne beljakovine, ki varujejo celične strukture. Hlajenje poteka tudi s transpiracijo, vendar ta porablja dragoceno vodo in ni vedno možna. Nekatere se vročini izognejo tako, da živijo le kratek čas: hitro zacvetijo, razvijejo semena in odmrejo, njihova semena pa na novo življenje čakajo več let.
Visoke temperature lahko zavrejo osnovne življenjske funkcije rastlin. Pri več kot 40 °C se učinkovitost fotosinteze zmanjša, rast upočasni, cvetovi odpadejo. Rastline postanejo dovzetnejše za bolezni, še posebej če vročino spremlja suša.
Vročina je neizogiben del življenja na Zemlji. A vse pogostejši in intenzivnejši vročinski valovi, ki jih povzroča podnebna kriza, živim bitjem postavljajo nove meje vzdržljivosti. Narava je sicer neverjetno prilagodljiva – od znojenja pri človeku do slinjenja kengurujev, od sopenja ptic do preoblikovanja listov v bodice pri rastlinah –, vendar ima tudi njena iznajdljivost svoje meje. Vse kaže, da bodo prav sposobnost prilagajanja in hitrost sprememb odločile, kdo bo v prihodnosti uspeval in kdo ne.
Kljunati ježki iz nosnic izpihujejo sluzne mehurčke. Ti vlažijo konico smrčka, kjer je prepleten sistem krvnih sinusov, in ob izhlapevanju učinkovito hladijo kri.
Življenje v skrajni vročini
Večina živih bitij bi umrla v vodi, ki doseže vrelišče. A nekaterim bakterijam to ne predstavlja težav. Živijo lahko pri temperaturah nad 70 °C, nekatere pa celo pri 115 °C v okolju vročih vulkanskih izvirov na dnu oceanov. Njihova skrivnost so ekstremoencimi. To so posebni encimi, ki kljub visokim temperaturam ohranijo svojo strukturo in funkcionalnost in omogočajo preživetje v ekstremnih razmerah, kjer bi običajni encimi propadli. Takšni organizmi uspevajo v geotermalnih vrelcih po vsem svetu, od Yellowstona do Islandije.
Kaj pa, če se ni mogoče umakniti?
Rastline se ne morejo umakniti v senco ali pobegniti pred vročinskim valom. Rastejo pritrjene na svojem mestu in so povsem izpostavljene vplivom okolja. Da bi preživele v vročih in sušnih razmerah, so razvile vrsto izjemnih prilagoditev tako v zunanji zgradbi kot tudi v notranjih procesih.
Na puščavskih območjih imajo mnoge rastline majhne, odebeljene liste, prekrite z voskastimi plastmi ali dlačicami, ki odbijajo sončne žarke in zmanjšujejo izgubo vode. Pri kaktusih so se listi spremenili v bodice, nalogo fotosinteze pa prevzemajo zadebeljena stebla, ki hkrati služijo kot vodni rezervoarji. Takšne rastline so popolnoma prilagojene redkim, a kratkotrajnim padavinam.
Živali na puščavskih območjih, med njimi puščavska lisica, imajo pogosto svetlejšo barvo kožuha. Ta jim ne pomaga le pri prikrivanju v peščenem okolju, temveč tudi zmanjšuje absorpcijo sončne toplote.
Nekatere uporabljajo posebni način fotosinteze CAM, pri katerem ponoči zajemajo ogljikov dioksid, podnevi pa z zaprtimi listnimi režami izvajajo fotosintezo in hkrati zmanjšujejo izgubo vode. Poleg tega imajo rastline bodisi razvejen plitev koreninski sistem, ki hitro vsrka deževnico, bodisi globoke korenine, s katerimi dosežejo podzemne zaloge.
V vročini rastline tvorijo posebne proti toploti odporne beljakovine, ki varujejo celične strukture. Hlajenje poteka tudi s transpiracijo, vendar ta porablja dragoceno vodo in ni vedno možna. Nekatere se vročini izognejo tako, da živijo le kratek čas: hitro zacvetijo, razvijejo semena in odmrejo, njihova semena pa na novo življenje čakajo več let.
Visoke temperature lahko zavrejo osnovne življenjske funkcije rastlin. Pri več kot 40 °C se učinkovitost fotosinteze zmanjša, rast upočasni, cvetovi odpadejo. Rastline postanejo dovzetnejše za bolezni, še posebej če vročino spremlja suša.
Vročina je neizogiben del življenja na Zemlji. A vse pogostejši in intenzivnejši vročinski valovi, ki jih povzroča podnebna kriza, živim bitjem postavljajo nove meje vzdržljivosti. Narava je sicer neverjetno prilagodljiva – od znojenja pri človeku do slinjenja kengurujev, od sopenja ptic do preoblikovanja listov v bodice pri rastlinah –, vendar ima tudi njena iznajdljivost svoje meje. Vse kaže, da bodo prav sposobnost prilagajanja in hitrost sprememb odločile, kdo bo v prihodnosti uspeval in kdo ne.
Članek je bil objavljen v reviji Gea
Gea spodbuja dejaven življenjski slog in vseživljenjsko radovednost ter navdušuje z aktualnimi raznolikimi temami o dogajanju okrog nas.
Več o reviji Gea >
