Harigheid, dik... winterslaap? Alle technieken van ons lichaam om de kou te weerstaan
De winter komt er altijd aan… En dit jaar, vanwege de energiecrisis, zal ons interieur beperkt blijven tot een redelijke 19 graden Celsius. Het uitpakken van dikke truien, zachte sokken en andere handschoenen is dan ook begonnen… Want kou hebben is onaangenaam – maar dat is nog het minste van zijn fouten.
Bovenal vormt de kou een reële bedreiging voor ons lichaam. Onze vitale organen hebben een temperatuur van 36,8°C (precies) nodig om optimaal te kunnen functioneren. Een te koele atmosfeer en ze kunnen gewoon stoppen. Een studie uitgevoerd in 18 Franse steden tussen 2000 en 2010 bleek dat het aantal sterfgevallen door kou drie keer zo hoog was als door hitte.
Onze soort is echter niet geheel hulpeloos tegen vorst. Wat zijn zijn strategieën bij vriestemperaturen? En waarom houden we geen winterslaap om de winter door te komen zoals andere zoogdieren doen?
De techniek van de interne ketel
Zoogdieren en vogels zijn endothermen, d.w.z. "warmbloedige" wezens. De gemiddelde lichaamstemperatuur van de eerste ligt tussen de 36 en 39,5°C, terwijl deze bij de laatste kan oplopen tot 42 graden. Eigenschappen die het resultaat zijn van een lange evolutie.
Zo'n 200 miljoen jaar geleden moesten dieren die de verwoestende zogenaamde Perm-Trias-massale uitsterving overleefden, zich opnieuw aanpassen aan een nieuwe competitieve omgeving. Destijds regeerden de machtige dinosaurussen nog steeds over de planeet Aarde. Ze waren voornamelijk afhankelijk van thermische energie van de zon om actief te zijn. Maar geleidelijk verschenen er soorten die adopteerden nieuwe overlevingsstrategieën.
Brasiltherium riograndensis, een van de eerste dieren die aan het einde van het Trias leefde en zoogdierkenmerken vertoonde.
Smokeybjb, van Wikimedia
de eerste zoogdieren waren niets meer dan kleine harige viervoeters (tetrapoden) die in de schaduw van reusachtige reptielen leefden. Letterlijk. Hun overlevingskansen waren veel groter als ze voor nachtjacht kozen. Bij afwezigheid van een externe warmtebron werden mechanismen geselecteerd en ontwikkeld om schone lichaamswarmte te genereren die in staat is om hun metabolisme continu te voeden. Een strategie die ook winstgevend is in de onstabiel klimaat van die tijd.
Maar endothermie heeft een keerzijde: om de ketel van stroom te voorzien, is brandstof nodig en, zoals we nu beseffen, heeft dit een prijs. Om aan deze vraag te voldoen is door natuurlijke selectie een breed scala aan efficiënte en energiezuinige aanpassingen ontstaan. Ze kunnen in twee hoofdcategorieën vallen: energie beter opslaan en gebruiken, en beter isoleren om ongewenst warmteverlies te voorkomen.
Vet (en haar) is leven
We hebben al altijd een wapen bij de hand: vet! Het dient zowel als isolator (vanwege zijn lage thermische geleidbaarheid) als als energiebron. Zoogdieren die overleven in koude streken of in de buurt van arctische zeeën hebben een speciaal vetachtig weefsel dat blubber of panniculus wordt genoemd. Hij meet 10 cm onder de huid van de ijsbeer en kan 50 cm bereiken in de Groenlandse walvis!
Groenlandse walvissen (Balaena mystieketus) hebben onder de huid een vetachtig weefsel dat reuzel wordt genoemd en waarvan de dikte een halve meter kan bereiken. Het is essentieel om warmteverlies in de ijskoude wateren van de Noordpool te verminderen.
Bering Land Bridge National Preserve / Flickr
Veel kleine zoogdieren, inclusief pasgeboren mensen, hebben een ander soort vet, genaamd "bruin vet". Zijn bijzonderheid is dat het in staat is om lipiden te verbranden om warmte te genereren (dankzij de mitochondriën die het bevat) om de lichaamstemperatuur op peil te houden. Dit is vooral belangrijk bij baby's, vanwege hun kleine formaat en gebrek aan spierkracht om beweging om te zetten in energie.
Maar we zijn ook, enigszins onbewust, uitgerust met miljoenen sensoren die ultragevoelig zijn voor de omgevingstemperatuur en in onze huid zijn geïntegreerd. Het geringste gedetecteerde risico dat de lichaamstemperatuur afwijkt van het optimale, veroorzaakt onmiddellijk een alarm in de hypothalamus, het gebied van de hersenen waar de temperatuurregeling zich bevindt. Reflexen die meer warmte genereren en warmteverlies verminderen, worden geactiveerd - vaak onvrijwillig. Kortom, ons lichaam neemt de controle over om ons leven te redden!
De anatomie van een haar. Aan de wortel zit een kleine spier die hem kan strekken als het koud is.
OpenStax College, van Wikimedia
Zoogdieren hebben een structuur die uniek is in het hele dierenrijk en oneindig kostbaar: het...haar! Als het koud is, trekt een kleine spier die aan de wortel zit het omhoog (de "pilo-erectie"). Als een leger gaan dan duizenden haren overeind staan en blokkeren samen de luchtstroom om een isolerende laag te creëren. Een fenomeen dat triviaal "kippenvel" wordt genoemd. Wat nauwelijks een eerbetoon is aan deze voorouderlijke reflex, ook gecontroleerd door primitieve hersengebieden die te maken hebben met emoties en gevaar. Dat verklaart waarom het ook wordt geactiveerd wanneer we worden meegenomen door een bijzonder sterke filmscène... of wanneer katten van plan zijn te laten zien dat ze klaar zijn om te vechten.
In dit kleine spel zijn niet alle dieren gelijk. Hoe kleiner het lichaam, hoe hoger de verhouding tussen oppervlakte en volume en hoe sneller het warmteverlies. Dit is de reden voor dit schattige kleine dons dat veel kleine pasgeboren zoogdieren bedekt: het is noodzakelijk om koste wat het kost het energieverlies te beperken.
Een andere techniek: rillen, het onwillekeurig samentrekken van spieren om door beweging warmte op te wekken. Door het rillen wordt de stofwisseling ongeveer vervijfvoudigd. Hiervoor verbranden de spieren de beschikbare vetten, eiwitten en suikers, de "koolstof" van de energiefabriekjes van onze cellen (de mitochondriën).
Het doel is, koste wat het kost, de bescherming van de vitale organen – hart, hersenen… Bij extreme kou kan de stroom van warm bloed naar de handen en voeten worden onderbroken en daarnaartoe worden geleid. Vandaar blauwachtige vingers en lippen, gevoelloosheid en een onheilspellend witte huid.
Verlies van lichaamswarmte bij koud weer gevisualiseerd door een thermische camera.
Hoe zit het met de winterslaap?
Om deze risico's en ongemakken te vermijden, kiezen sommigen voor vluchten. Trekvogels, zoogdieren als rendieren en elanden verlaten tijdelijk te koude en onherbergzame gebieden. Maar niet iedereen kan zulke afstanden overbruggen, soms op de schaal van hele continenten. Bij barre winterse omstandigheden en bij gebrek aan middelen kiezen anderen er daarom voor om hun stofwisseling tijdelijk te verlagen.
Dit vermogen is wijdverbreid en wordt aangetroffen in vele soorten zoogdieren, een bewijs dat het een effectieve overlevingsstrategie is. Maar afhankelijk van de grootte van het dier, de cursor wordt min of meer ingedrukt.
De gewone marmot (Marmot monax) is een zoogdier dat in winterslaap kan gaan.
flickr.com/photos/pavdw
Marmotten, egels... neem geen halve maatregelen en ga in winterslaap. Het fenomeen is opvallend en wordt gekenmerkt door een bijna volledige stopzetting van de vitale functies van het organisme en een echte lethargie (hun metabolisme kan met bijna 98% dalen). Bij de marmot klopt het hart dan bijvoorbeeld nog maar vijf keer per minuut – tegenover 80 onder normale omstandigheden – en kan de temperatuur dalen tot 5°C… Genoeg om koude rillingen van te krijgen! De techniek is niet zonder risico, aangezien sommige dieren bij het ontwaken niet meer genoeg energie hebben om hun organisme weer tot leven te wekken.
Na 7 maanden winterslaap, marmotten van Vancouver Island (Marmota vancouverensis) verloren een derde van hun lichaamsgewicht.
Bij de beer daarentegen, als er inderdaad een verdoving optreedt, is deze minder diep (zijn metabolisme is tot 75% verminderd) en discontinu – we spreken dan eerder van winterslaap. . Het dier zoekt beschutting, maar de temperatuur daalt niet zoveel en het kan nog steeds wakker worden.
En onze soort? Hoewel de genen die aan dit vermogen ten grondslag liggen waarschijnlijk nog in ons aanwezig zijn, zijn we er niet meer echt toe in staat en de reden hiervoor is niet erg duidelijk… vraag is gerezen voor onze uitgestorven neanderthaler neef. In 2020 suggereerde een studie dat, om de lange koude maanden in een caloriearme omgeving door te komen, de botten van een bevolking in Zuid-Spanje tekenen zouden hebben vertoond van een vertraging van hun metabolisme.
Erkend moet worden dat de fysiologie van de winterslaap over het algemeen nog steeds slecht wordt begrepen. Zoogdieren lijken van tijd tot tijd wakker te moeten worden, maar we weten niet waarom. studies toonde aan dat winterslaap iets anders is dan coma, anesthesie en normale slaap – de hersenen bevinden zich in een soort slecht gedefinieerde diepe slaap. Hoewel de hersenen slapend lijken te zijn, zijn bepaalde populaties zenuwcellen nog steeds actief en kunnen ze reageren op bepaalde prikkels.
Wat betreft de mechanismen die het dier in staat stellen om deze fase in en uit te gaan, die zijn ook onbekend. Dus zelfs als we er op een dag in slagen om mensen in winterslaap te brengen (kunstmatig of synthetisch genoemd), hoe lang duurt het voordat we ze wakker maken? En hoe ?
De toepassingen kunnen echter talrijk zijn. Sommigen denken aan ruimtereizen. Als we ooit naar Mars moeten, kan een winterslaap de energie- en dus voedselbehoefte tijdens de reis – en de wachttijd – drastisch verminderen. dierproeven hebben aangetoond dat het het lichaam gedeeltelijk kan beschermen tegen de schadelijke effecten van ruimtestraling.
Geneeskunde zou ook geïnteresseerd zijn. De mogelijkheid om het metabolisme van levensbedreigende patiënten (gevorderde kanker, enz.) te verminderen, zou de periode kunnen verlengen waarin het mogelijk is om de ziekte te bestrijden.
Een aanpassing door de generaties heen…
Vandaag hebben we geleerd om op een andere manier met de kou om te gaan: we dragen kleren, bouwen huizen die we verwarmen, enz. In de loop van de millennia zijn we zelfs het grootste deel van ons kostbare lichaamshaar kwijtgeraakt, wat ons de bijnaam "naakte aap" opleverde.
Afgezien van beschermende kleding, hebben Inuit die in koude streken leven een klein postuur, kleine handen en een vrij plat gezicht met typische vetkussentjes bij de sinussen.
Ansgar Walk, Wikimedia
En in de minder milde breedtegraden heeft onze soort gezien gedurende een lange periode geselecteerde eigenschappen die een betere weerstand tegen kou bieden. Dit is het geval bij populaties die in koude klimaten leven, zoals Siberië of de Himalaya. Ze hebben vaak korte armen en benen, een gedrongen lichaamsbouw en meer lichaamsvet (om hun interne warmte beter vast te houden), platte gezichten met beschermende vetkussentjes bij de sinussen en platte neuzen (meer relevant in een ijzige lucht). In aanvulling, specifieke versies van bepaalde genen, gekoppeld aan een hoger metabolisme of verhoogde bloeddruk, worden vaker aangetroffen bij deze volkeren van het Verre Noorden.
Ofwel hetzelfde type aanpassingen dat de machtige Neanderthalers lieten zien om de koude klimaten van Europa in het paleolithicum te weerstaan.
Laten we het echter niet ontkennen: om jezelf te beschermen tegen de kou en de gevaren ervan, is het een zeer goede optie om jezelf in warme kleren te wikkelen terwijl je warme chocolademelk drinkt rond een goed vuur. Beter nog, als migrerende mensen van een nieuw soort hebben we nu de luxe om naar warmere oorden te vliegen wanneer we maar willen.
Maar niet iedereen heeft deze mogelijkheden... Vergeet dus nooit om speciale aandacht te schenken aan degenen die het meest kwetsbaar zijn voor kou, daklozen, ouderen of peuters... u kunt levens redden.
Pieter Vancamp, Postdoctoraal, Nationaal Natuurhistorisch Museum (MNHN)
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder Creative Commons-licentie. Lees deorigineel artikel.
