 |
 |
Till vänster ses en pompejimask (Alvinella pompejana), ett av de mest värmetåliga djur man känner till. Denna havsborstmask lever i djuphavet nära så kallade hydrotermala källor, ur vilka enormt hett vatten strömmar upp ur havsbottnen. Den trivs bra vid vattentemperaturer på cirka 42 °C, men klarar inte av temperaturer på 50-55 °C någon längre tid. Trots namnet, hade den naturligtvis inte överlevt vulkanutbrottet som drabbade staden Pompeji år 62 enligt vår tideräkning. Läs mer i artikeln nedan om organismer som tål extrema temperaturer.
Till höger ses i förgrunden några pompejimaskar inuti de rör som de bebor. De två maskarna i bakgrunden tillhör däremot släktet Riftia. Den senare masken är känd för att inte äta. Den saknar mun och mag-tarmkanal. Den lever på organiska ämnen, producerade av bakterier, som den förvarar i en så kallad trofosom inuti kroppen. Bakterierna får sin energi genom att oxidera S2--joner från det svavelväte som strömmar upp ur de hydrotermala källorna. Maskens röda färg orsakas av hemoglobin, som inte bara transporterar syre till maskarna, utan också svavelväte till bakterierna. Pompejimasken har mun och mag-tarmkanal och tros leva på bakterier som den fångar in med hjälp av framändens krans av gälutskott. Courtesy of Chris Allen an Census of Marine Life programme, from Encyclopedia of Life under this Creative Commons License. |
|
Mellan vilka kroppstemperaturer kan djur och andra organismer överleva? Den nedre gränsen sätts för många organismer av att de fryser till is vid en temperatur strax under 0 °C. Köldkänsliga organismer kan dö vid betydligt högre temperaturer. Den övre gränsen sätts för många organismer av att proteiner och andra stora molekyler förändras så att de slutar att fungera, ofta vi 40-50 °C, för värmekänsligare organismer vid betydligt lägre temperaturer.
Det finns emellertid många organismer, som kan vara aktiva utanför temperaturspannet från ungefär 0 till ungefär 40-50 °C. Det finns också många organismer, som kan klara mycket extremare temperaturer genom att gå in i ett vilstadium. Naturligtvis är levande varelser särskilt köldtåliga i tempererade och arktiska klimat, särskilt värmetåliga i tropiska klimat. Jag beskriver nedan ett antal exempel. främst bland djuren. I slutet av denna text finns en faktaruta, i vilken några av skyddsmekanismerna mot kyla och värme förklaras. Ytterligare mekanismer förklaras på andra sidor, se länkarna i texten nedan.
Fiskar i kalla hav: antifrysmedel och underkylning
Fiskar i de arktiska och antarktiska haven lever i en omgivning med en ständig temperatur på ca -2 °C. Havsvattnets fryspunkt är nämligen lägre än rent vattens på grund av att lösta ämnen, främst natriumjoner och kloridjoner, sänker dess fryspunkt. Dessa fiskars kroppstemperatur är lika med vattnets, alltså cirka -2 °C. De flesta av dem har en mycket lägre koncentration av lösta ämnen inuti sig än havsvattnets och skulle alltså frysa till is, om de inte hade speciella försvarsmekanismer. En del av dem har i sina kroppsvätskor speciella glykoproteiner som sänker fiskens fryspunkt genom att binda till nybildade iskristaller och hindra dem från att växa. Andra fiskar är underkylda, läs om underkylda djur på en annan sida. Texten fortsätter under bilden.
 |
Den antarktiska isfisken Chionodraco hamatus lever hela sitt liv med en kroppstemperatur på cirka -2 °C. Cellernas proteiner och membraner har under evolutionen anpassats till denna temperatur. Fisken dör av värmestress vid +4-6 °C. Den är försedd med antifrysproteiner, som gör att den inte fryser till is. Läs om hur isfiskar överlever utan hemoglobin på en annan sida. Courtesy of Marrabbio2 from Encyclopedia of Life, in the public domain. |
|
Insekter på vintern: lösta ämnen sänker fryspunkten
Många insekter och andra ryggradslösa djur på land överlever vintern i ett vilande tillstånd. De övervintrande djuren kan använda båda de mekanismer, som beskrivs för fiskar ovan, för att undgå att frysa till is. De kan också sänka sin fryspunkt genom att de skaffar sig höga koncentrationer av sockerarter eller sockeralkoholer i kroppsvätskorna. Dessa substanser är "proteinvänliga" och kan förkomma i hög koncentration utan att denaturera proteiner. Slutligen kan en del av dessa djur tåla isbildning i vävnaderna, mer om detta i nästa stycke. Vissa av dem kan i vilstadium överleva åtminstone -20 °C. Läs mer om övervintrande insekter på en annan sida. Några insekter och spindlar kan till och med vara aktiva vid frysgrader. Läs om vinteraktiva insekter och spindlar på en annan sida.
Djur som tål att frysa till is
Vissa djur är frystoleranta och tål att frysa till is, förutom vissa insekter, även många djur som lever på nordliga tidvattensstränder. De har då "groddar" utanför cellerna som gör att isen bildas i vätskan där och inte inne i cellerna. Cellerna undgår därför att frysa till is, något som skulle vara fatalt. Det finns till och med nordligt levande grodor och ormar, som kan överleva isbildning i kroppen. Läs om fryståliga grodor på en annan sida.
Det finns inga organismer som kan vara aktiva och föröka sig infrusna i is. Men det finns organismer, till exempel bakterier, som kan leva sitt liv i vattenfickor inuti isen. Texten fortsätter under bilderna.
 |
Trögkryparen Milnesium tardigradum. Trögkryparna (björndjuren; stammen Tardigrada) är små djur (högst cirka 1 mm) som anses vara besläktade med leddjuren. De innehar rekorden i att tåla kyla och hetta bland djuren.
De flesta trögkrypare lever i mossa, men de återfinns också i jord och bottenlevande i både sötvatten och saltvatten. Till vänster ses en aktiv trögkrypare med sina kloförsedda ben. Till höger ses ett djur i det så kallade tunnstadiet. Tunnstadiet är ett vilstadium som djuren går in i vid olika typer av stress, till exempel torka, värme eller kyla. I detta stadium stannar livsprocesserna helt, så kallad kryptobios, och djuren kan uthärda extrema temperaturer (-272 till +150 °C), total uttorkning och intensiv joniserande strålning. Läs mer om trögkryparna på en annan sida. Svepelektronmikroskopiska bilder. Courtesy of E. Schokraie et al. [PLoS ONE 7(9): e45682. doi:10.1371/journal.pone.0045682, 2012] under this Creative Commons License. |
|
De fantastiska björndjuren
Bland djuren är trögkryparna (björndjuren) särskilt kända för att tåla extremt låga temperaturer. De gör detta i ett vilstadium, så kallad kryptobios. De är de köldtåligaste och värmetåligaste djur man känner till. I kryptobios överlever de från -272 till +150 °C. De kan dock inte vara aktiva vid de extrema temperaturerna. Läs om trögkryparna på en annan sida och i bildtexten ovan.
Däggdjur och fåglar i kallt klimat
Däggdjur och fåglar kan hålla kroppstemperaturen konstant i kalla miljöer. Det gör de genom att själva producera värme i kroppen och genom att vara väl isolerade mot kylan med tjock päls eller fjäderdräkt. Det är ingen tillfällighet att dessa två grupper är de enda landryggradsdjur som kan leva i Arktis och Antarktis. Där kan flera av dem tåla lufttemperaturer på -30 °C eller lägre utan att skadas. Läs om däggdjurens temperaturreglering på en annan sida. Texten fortsätter under bilden.
 |
Den ökenlevande myran Cataglyphis bombycina kan leta efter föda på ökensanden med en kroppstemperatur på mer än 50 °C. Om temperaturen når cirka 54 °C drabbas den dock av muskelspasmer och dess rörelser blir okontrollerade. Myrorna återvänder till sitt bo för att kyla ner sig mellan utflykterna. Notera på bilden att det hos denna myrart inte bara finns vanliga arbetarmyror, utan också soldatmyror med extra stora käkar. Courtesy of M. Molet et al. from "Bigger helpers in the ant Cataglyphis bombycina: increased worker polymorphism or novel soldier caste?" (PLoS ONE 9: e84929. doi:10.1371/journal.pone.0084929) under this Creative Commons License. |
|
Extremt värmetåliga ryggradslösa djur
När det gäller den övre temperaturgränsen, så finns det organismer utrustade med proteiner och andra cellbeståndsdelar som är mycket tåliga mot värmedenaturering. Det finns ryggradslösa djur som klarar av kroppstemperaturer på upp emot 50-55 °C. Till dem hör pompejimasken (Alvinella pompejana; se bilderna överst på sidan), musselkräftan Potamocypris och ökenlevande myror av släktet Cataglyphis, se bilden ovan.
Däggdjur och fåglar i extrem värme
De flesta fåglar håller en kroppstemperatur på cirka 39-42 °C, men i stark hetta kan många fåglar ha kropptemperaturer på 43-46 °C. Vissa stora ökenlevande däggdjur låter kroppstemperaturen stiga under dagen, men sänker den under natten. På dagen kan de ha kropptemperaturer på 45-47 °C. Dessa fåglar och däggdjur höjer kroppstemperaturen under dagen för att slippa kyla sig genom att avdunsta vatten, en sällsynt vara i de miljöer de lever i. De klarar emellertid inte av att hålla dessa höga temperaturer dygnet runt. Läs om kroppstemperaturen hos däggdjur och fåglar, om hur oryxantiloper klarar sig i öknen och om kamelers varierande kroppstemperatur på andra sidor. Texten fortsätter under bilden.
 |
Ett flygfoto av Grand Prismatic Spring, en het källa i nationalparken Yellowstone i USA. En dimma av kondenserad vattenånga stiger upp från källan. Det heta azurblå vattnet i mitten hyser inget liv. Men den vackert oranga färgen vid källans mindre heta kanter orsakas av karotenoider inuti fotosyntetiska alger och bakterier. Klorofyllets gröna färg maskeras här av karotenoiderna. När solbelysningen minskar på vintern behövs mer klorofyll och då blir randområdet mörkt grönt av detta ämne. Organismerna är så kallade termofiler som kan växa vid mycket höga temperaturer, de på bilden vid över 60 °C. Man har hittat arkéer i Yellowstoneparken som klarar av 93 °C.
Yellowstone ligger ovanpå en gigantisk vulkan. Det är därför som där finns så många gejsrar och heta källor. Om vulkanen får ett stort utbrott, skulle följderna bli fruktansvärda, värre än för någon tidigare händelse i mänsklighetens historia. Människan skulle kanske dö ut. Lyckligtvis bedöms risken för ett sådant superutbrott vara utomordentligt liten. Courtesy of Jim Peaco (National Park Service, USA), in the public domain. |
|
Bakterier och arkéer: rekord i värmetålighet
De mest extrema exemplen på att aktivitet vid höga temperaturer hittar vi hos bakterier och arkéer, som lever och förökar sig vid mycket heta källor på land och i djuphavet. Dessa organismer kallas termofiler. Om de klarar av extremt höga temperaturer kallas de hypertermofiler. Landlevande arter klarar av temperaturer från 60 °C till över 90 °C. I havet har man funnit arkéer som klarar av cirka 120 °C. Rekordet hålls för närvarande av Methanopyrus kandleri som kan leva och föröka sig vid 122 °C. Termofilerna är mycket intressanta, eftersom de lever i miljöer som kan ha förekommit under den period för cirka 4 miljarder år sedan, då livet tros ha uppkommit på vår jord.
Man undrar kanske hur organismer kan leva vid 120 °C, när vatten kokar vid 100 °C. Men denna kokpunkt gäller vid havsytans nivå. Vattnets kokpunkt stiger då trycket ökar och sjunker då trycket minskar. På 1 000 meters djup under havsytan är trycket cirka 100 gånger högre än vid havsytans nivå. Vattnets kokpunkt är därför 310 °C. På 6 000 meters djup är kokpunkten 480 °C. De värmetåliga arkéerna lever vid skorstensliknande så kallade hydrotermala källor på flera tusen meters djup. Ur dessa källor flödar vatten med en temperatur på flera hundra grader Celsius. På grund av det höga trycket kokar inte vattnet.
Hur celler skyddar sig mot skadliga temperaturer
Växelvarma ("kallblodiga") djur håller i stort sett samma temperatur som omgivningen, Växelvarma djur, som lever vid extrema temperaturer, är utrustade med enzymer och andra proteiner med en struktur, som gör att de fungerar i stark kyla eller i stark värme. Cellernas membraner måste också vara anpassade till temperaturen, annars blir de alltför stela i kyla och alltför "sladdriga" i värme. Membranerna innehåller fettämnen som kallas fosfolipider. Djur som lever i kalla miljöer har en hög halt av omättade fettsyror i sina fosfolipider. Därmed blir membranerna lagom stela vid låg temperatur. Djur som lever i varma miljöer har en hög halt av mättade fettsyror i fosfolipiderna, vilket gör membranerna lagom stela vid hög temperatur.
Alla organismer har skyddsmekanismer, som skyddar dem mot skadliga temperaturer. Så kallade värmechocksproteiner skyddar celler mot extrem värme. De skyddar också mot annan stress, ibland till och med mot kyla. De borde därför kallas stressproteiner. De flesta av dessa proteiner produceras inuti cellerna bara vid stress. De fungerar som så kallade chaperoner. Chaperonerna är cellernas sjukvårdare, som tar hand om skadade, alltså denaturerade, proteiner. De ser till att skadade proteiner återgår till sin normala veckade struktur. Proteiner kan emellertid bli så skadade att de är bortom all räddning. Sådana proteiner måste avlägsnas, innan de skadar cellerna. Detta sker genom att det lilla proteinet ubikvitin binds till dem. De är nu märkta som avfall och tas om hand av proteasomer, proteinkomplex som tillsammans med fria enzymer bryter ner dem till aminosyror. |
|
Referenser
W. J. Gehring and R. Wehner: Heat shock protein synthesis and thermotolerance in Cataglyphis, an ant from the Sahara desert (Proceedings of the National Academy of Science USA 92:2994-2998, 1995).
H. Heasler and C. Jaworowski: Life in extreme heat (In: Yellowstone Resources and Issues Handbook 2014, retrieved 9 June 2015).
R. W. Hill, G .A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
J. Ravaux et al.: Thermal limit for metazoan life in question, in vivo heat tolerance of the Pompeii worm (PLoS ONE 8: e64074. doi:10.1371/journal.pone.0064074).
K. Takai et al.: Cell proliferation at 122 °C and isotopically heavy CH4 production by a hyperthermophilic methanogen under high-pressure cultivation (Proceedings of the National Academy of Science USA 105:10949-10954, 2008).
Y. Voituron et al.: Freeze tolerance evolution among anurans, frequency and timing of appearance (Cryobiology 58:241-247, 2009).
C. E. Wickstrom and R. W. Castenholz: Thermophilic ostracod, aquatic metazoan with the highest known temperature tolerance (Science 181:1063-1064, 1973).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
