Luonnon oma pakkasneste pitää eläimet hengissä talvella

Talvi ja pakkanen ovat vaaraksi eläimille. Jos solut pääsevät jäätymään, ne rikkoutuvat ja eläin kuolee. Eläinten talvikausi kuluukin pakkasen vastaisessa taistelussa, jossa konstit ovat monet.

Vaihtolämpöiset eläimet, kuten matelijat, sammakkoeläimet ja selkärangattomat, eivät pysty estämään jäähtymistä omalla lämmöntuotolla.

Ne ratkaisevat asian jäänestoaineilla tai alijäähtymisellä, johon liittyy hallittu jäätyminen. Jälkimmäistä esiintyy esimerkiksi sammakkoeläimillä, jotka voivat vaikuttaa hyvinkin jäisiltä.

”Jäätyminen vaatii siemenen, hiukkasen, josta jäätyminen alkaa. Mutkikas mekanismi ohjaa jäätymissiemenet solujen ulkopuolelle”, selittää biologian emeritusprofessori Esa Hohtola Oulun yliopiston mainiossa nettijutussa.

”Tällöin lämpötila on jäätymispisteen alapuolella ilman että solu jäätyy, eli se on alijäähtynyt.”

Monet vaihtolämpöiset, mm. eräät arktiset kalalajit, alijäähtyvät toisella tapaa.

”Niin sanotut anti-freezeproteiinit eristävät jääkiteen solun sisällä niin, ettei se pääse kasvamaan.”

Jäänestoaineet puolestaan alentavat solun jäätymispistettä. Niitä käyttävät ennen kaikkea hyönteiset. Glykolin tyyppisten aineiden ansiosta jäätymispiste voi olla jopa alle −30°C; kylmänhorroksessa olevan perhosen lämpötila on sama kuin ympäristön, mutta jos lämpötila laskee vähänkin kriittisen rajan alle, solut jäätyvät ja rikkoutuvat.

Solunesteen jäätymispiste alenee myös väkevöittämällä, poistamalla siitä vettä. Näin esimerkiksi kyy pystyy talvehtimaan paikassa, jossa sen lämpötila laskee nollan alapuolelle.

Toisinaan väkevöityminen liittyy hallittuun jäätymiseen, ja myös jäänestoaineiden ja alijäähtymisen yhdistelmiä esiintyy.

Pikkunisäkkäät pysyvät aktiivisina hangen alla

Vaihtolämpöisten, ympäristön lämpötilaa seurailevien eläinten horrosta sanotaan kylmänhorrokseksi. Tasalämpöisillä eläimillä eli nisäkkäillä ja linnuilla taas esiintyy talvihorrosta, jossa aineenvaihdunnan taso ja ruumiinlämpö eivät laske yhtä dramaattisesti.

Talvihorros on säädellympää. Jos ruumiinlämpö uhkaa painua alle jäätymispisteen, elimistössä käynnistyvät tämän estävät reaktiot.

”Ulkoisiin ärsykkeisiin eläin ei yleensä reagoi. Se ei liiku, syö tai ulosta, mutta lämmittää itsensä muutaman viikon välein normaalilämpötilaan. Yksi teoria on, että horros kerryttää univelkaa ja eläimen on pakko ’herätä nukkumaan’. Talvihorrostavia nisäkkäitä on Suomessa kuitenkin hyvin vähän: siilitammihiirikoivuhiirilepakot.”

Moni nisäkäs on talvisaikaan aktiivinen.

”Esimerkiksi kärppä majailee onkaloissa, ja lumen alla elää pikkunisäkkäitä, jotka eivät altistu koville pakkasille. Mutta vaikka asiaa ei ole tutkittu, veikkaan että myyrillä ja päästäisillä esiintyy lyhytaikaista horrosta”, Hohtola sanoo.

Talvihorroksella on monia muotoja. Kesto vaihtelee ja venyy jopa puoleen vuoteen. Arktinen maaorava pudottaa lämpötilansa hieman nollan alapuolelle. Toisessa ääripäässä on karhun talviuni.

”Ruumiinlämpö laskee vain muutaman asteen, aineenvaihdunta ja syke suhteessa enemmän. Karhu kääntyilee pesässään, emo myös synnyttää siellä. Lisäksi se reagoi ympäristöönsä, kuten tietävät metsästäjät, jotka saavat pesästä kimppuunsa pirun vihaisen karhun. Mäyrällä ja supikoiralla esiintyy samantapaista talviunta.”

Lumivaaksiainen. Kuva: Esa Hohtola
Erityisesti hyönteiset käyttävät jäänestoaineita, jotka alentavat niiden solujen jäätymispistettä. Kuvan lumivaaksiainen pystyy liikkumaan pakkaslumella aina -5 °C asti. Kuva: Esa Hohtola.

Linnut ovat minikokoisia lämpövoimalaitoksia

Säästöliekillä eläminen ja ruumiinlämmön laskeminen ovat tarpeen, sillä lämmöntuotto vaatii energiaa, ravintoa, josta on talvella puutetta.

Rasvakudos ei kuitenkaan kuluta energiaa vaan varastoi sitä. ”Samalla rasvaprosentilla iso eläin on paremmassa asemassa, koska ulkopinta on pienempi ja energiaa kuluu vähemmän suhteessa painoon”, Hohtola sanoo.

Siksi onkin yllättävää, että linnuista vain yksi laji, pohjoisamerikkalainen horroskehrääjä, vaipuu viikkokausien talvihorrokseen. Useimmat linnut hyödyntävät lyhytkestoista horrosta, joka voi olla syvää tai matalaa ja kestää yön tai päivän yli.

”Linnuilla on valtava kyky lihaslämmöntuottoon. 40 asteen pakkanen ei ole mikään ongelma”, Hohtola selittää. ”20­−30 asteen pakkanen nostaa energiantarpeen ehkä kolminkertaiseksi lepotasoon nähden, lentäminen kymmenkertaiseksi.”

Suomen noin 250 lintulajista parisataa muuttaa toki talveksi etelään, mutta niistäkin jokunen yksilö jää aina testaamaan kylmänkestävyyttään. Osittaismuuttajilla määrä on paljon suurempi.

Talveksi jäävät linnut huolehtivat energiatasapainostaan lisäämällä syömistä ja vähentämällä lentämistä.

”Yöpymispaikasta ruokapaikalle, lepoa, ruokailu ja takaisin”, Hohtola kuvailee. ”Pikkulinnuilla ei ole pienen kokonsa takia paastonkestävyyttä: päivällä kerätty rasva kulutetaan yöllä. Esimerkiksi talitintti käyttää ison osan talvipäivästä syömiseen ja voi nousta pimeälläkin ruokailemaan.”

Useimpien lajien tapaan tintit ovat individualisteja eivätkä lämmitä toisiaan keräytymällä yhteen. Moni paleltuu yöllä kuoliaaksi koloonsa.

Yhdessä yöpyjiä ovat ainakin peltopyypyrstötiainen ja peukaloinen. Päiväsaikaan peltopyyt myös ruokailevat ja lepäävät kylki kyljessä, kun taas puukiipijät voivat mennä rinkiin puunkylkeen.

”Lintujen yöpymisestä tiedetään harmittavan vähän. Esimerkiksi tilhet vain katoavat yöksi jonnekin. Pikkulinnuista urpiainenpulmunen ja punatulkku menevät kieppiin pehmeän lumen alle, isommista teeri ja pyy hurauttavat kovemmankin läpi.”

Uusin tutkimustieto lintujen talvehtimisesta kertoo, että ne säästävät energiaa perifeerisellä jäähdyttämisellä. Oulun yliopisto on osallistunut tutkimukseen kuvaamalla kyyhkyjä infrapunakameralla.

”Ne voivat rajata lämmityksen elintärkeisiin ydinkudoksiin. Höyhenpuvun alla oleva kudos on viileämpää. Eihän ihmisen sormien lämpötilakaan ole 37 astetta, mutta linnuilla tämä on kehittynyt pitemmälle.”

Juttu on käytännössä suoraan lainattu Oulun yliopiston artikkeli aiheesta. Sen on kirjoittanut Jarno Mällinen. Otsikkokuva: flickr / Mathias Erhart