Överst ses en vy från Antarktis, en av de kallaste platserna på jorden, nederst en från Death Valley i USA, en av de varmaste platserna. I det inre av Antarktis har man uppmätt -89,5 °C, i Death Valley +56.7 °C. Det finns djur på båda ställena, dock inte i de värst utsatta delarna. Courtesy of Dr. Wayne Trivelpiece and NOAA, in the public domain (above) and Daniel Mayer, from Wikimedia Commons under this GNU License (below).

De flesta organismer överlever i ett ganska snävt temperaturområde mellan cirka 0-50 °C. Vad är det som sätter dessa gränser? Finns det organismer som lever utanför detta intervall och hur kommer i så fall det sig?

Detta är ett mycket intressant ämne. Djur uppvisar en rad fantastiska anpassningar till att tåla temperaturextremer. Jag har behandlat ämnet utförligt i artikeln "Djur som överlever vid extrema temperaturer: anpassningar till värme och kyla". Där hittar du svar på dina frågor. 2015.

Anders Lundquist

Till början på sidan

Sandödlan (Lacerta agilis) invandrade till Sverige under den postglaciala värmetiden (cirka 7000-500 före vår tideräkning). Den är växelvarm (kallblodig). I vårt land befinner den sig i den nordliga utkanten av sitt utbredningsområde, men klarar i lämpliga miljöer av vårt kalla klimat. Den finns huvudsakligen i Götaland på lokaler, där den kan värma sig genom att sola och skydda sig från kyla genom att krypa ner i jordhålor och bland stenar. Courtesy of Schneider65207 from Encyclopedia of Life under this CC License.

Jag undrar hur kräftor och andra växelvarma djur överlever i kyla och värme?

Det korta svaret är att kräftornas celler och de stora molekylerna i cellerna är evolutionärt anpassade till att tåla växlande kroppstemperaturer. De klarar sig bra vid de temperaturer som normalt förekommer i deras miljö. De överlever dock inte extrem kyla och värme.

Hos alla djur är cellerna, särskilt deras membraner och proteiner, evolutionärt anpassade till djurets kroppstemperaturer. Växelvarma (kallblodiga) djur har en varierande kroppstemperatur som ligger nära omgivningens temperatur. Jämnvarma (varmblodiga) djur håller sin kroppstemperatur inom snäva gränser, hos nästan alla däggdjur 36-38 grader Celsius.

Växelvarma djur med låg kroppstemperatur har i cellernas membraner en hög andel omättade fettsyror, som luckrar upp membranerna, så att de inte blir alltför stela. Jämnvarma (varmblodiga) djur måste med sin höga kroppstemperatur ha en mindre andel omättade fettsyror i membranerna, annars skulle de bli alltför sladdriga.

Aminosyresammansättningen hos cellernas proteiner är också anpassad, så att proteinerna fungerar vid djurets kroppstemperatur. Detta gäller till exempel enzymer, som snabbar upp (katalyserar) de kemiska reaktionerna i cellerna. Eftersom växelvarma djurs kroppstemperatur ändras mycket mer än jämnvarmas, måste deras proteiner kunna fungera inom ett bredare temperaturområde.

Men en del växelvarma djur, till exempel ormar och grodor, blir ändå slöa och mindre rörliga vid låga yttertemperaturer. Många av dessa djur värmer då upp sig med hjälp av solen.

Enskilda individer av växelvarma djur, som lever några veckor eller månader vid en ändrad temperatur, kan acklimatisera sig till det nya temperaturklimatet. Detta innebär bland annat att enzymernas egenskaper och membranernas sammansättning ändras hos djuret, så att det fungerar bättre. I stället för att acklimatisera sig, kan djuret uppsöka ett område med behagligare temperatur. Detta är särskilt lätt för små landdjur, till exempel gråsuggor, som kan krypa under en sten eller djupt ner i jorden, om det blir för varmt eller kallt.

När det blir frysgrader under vintern, är det mycket få växelvarma djur som kan vara aktiva. De flesta går då in i någon typ av vilstadium fram tills dess att våren kommer. En del av dessa djur kan tåla isbildning i vävnaderna. De flesta har emellertid utvecklat mekanismer som hindrar isbildning i kroppen. Läs mer om hur groddjur, kräldjur och fiskar klarar värme och kyla och om hur insekter och spindlar klarar värme och kyla på andra sidor. 2018.

Anders Lundquist

Till början på sidan

Vatten kan vara flytande under nollpunkten, läs mer i svaret nedan. Bilden ovan visar ett exempel. Häcken på bilden är belagd med så kallad dimfrost. Dimfrost bildas vid dimma av underkylda vattendroppar, med en temperatur lägre än sin fryspunkt vid 0 °C. Dropparna förs av vinden mot något föremål. När de träffar föremålet, fryser de och bildar en vacker isbeläggning. Notera att isen på bilden finns på häckens vindsida, inte på läsidan. Även vattenånga, alltså vatten i gasform, kan bidra till isbildningen genom att direkt övergå till is. Dimfrost ska inte förväxlas med rimfrost som bildas under klara dimfria nätter. Då kyls horisontella ytor under fryspunkten genom att avge värmestrålning till den kalla molnfria himlen eller, korrekt uttryckt, till den oändliga världsrymden. Vattenånga kondenserar då till iskristaller på de kalla ytorna. Courtesy of Brian Green from Wikimedia Commons under this CC License.

Jag har slagit vad med en polare om att vatten under 0 °C alltid är is. Kan du hjälpa mig? - Om vatten, livets lösningsmedel.

Vatten kan vara flytande under 0 °C i flera situationer.

Lösta ämnen sänker fryspunkten. Ju högre totalkoncentration av lösta ämnen, ju lägre fryspunkt. Vattnet i oceanerna har, på grund av salthalten, en fryspunkt på cirka -2 °C. I polarhaven håller vattnet just -2 °C, eftersom det är i jämvikt med isen där. Vissa fiskar har speciella anpassningar för att undgå att frysa till is. Läs om hur fiskar klarar frysgrader på en annan sida.

Vatten kan vara underkylt. Eftersom det finns en reaktionströskel som försvårar övergången från vatten till is så kan även rent vatten hålla en lägre temperatur än 0 °C utan att frysa. Detta tillstånd är instabilt. Det kräver att det inte finns isbitar eller andra små partiklar som kan underlätta isbildning genom att fungera som så kallade groddar. En del av fiskarna i polarhavet lever i underkylt tillstånd hela livet! Underkylt regn är kallare än 0 °C, men när det träffar marken fryser det omedelbart till is. Rör man om underkylt vatten så gynnas isbildning.

Ökat tryck leder också till att vatten förblir flytande under 0 °C. Vattentrycket stiger med ökat djup i oceanerna vilket sänker fryspunkten. Men temperaturen i djuphavsvattnet är högre än vattnets fryspunkt vid havsytan och salthalten ungefär lika hög som vid ytan. Därför är tryckhöjningen inte nödvändig för att hindra isbildning.

Vatten har många unika egenskaper, som gör det särskilt lämpligt som livets lösningsmedel. Många menar att liv inte är möjligt utan vatten.

Till skillnad från nästan alla andra ämnen har det i sin fasta form, som is, lägre densitet ("täthet") än i sin flytande form. Därför flyter isen på vattnet och vattnet fryser uppifrån och ner, inte nerifrån och upp. Ännu märkligare är att vattnet har sin högsta densitet vid cirka +4 °C. Dessa egenskaper underlättar liv i vatten vid frostgrader. Djur kan leva nära bottnen vid cirka +4 °C isolerade från kylan av isen på vattenytan. Små vattensamlingar kan dock bottenfrysa vintertid.

Vattenmolekylen, H2O, är polär vilket innebär att väteatomerna är positivt ladddade och syreatomen negativt laddad. Detta gör att vattenmolekylerna kan binda till varandra och till lösta ämnen med så kallade vätebindningar. Detta ger också vattnet en exceptionellt hög fryspunkt och kokpunkt, trots att molekylen är liten. Vatten är därför flytande inom ett temperaturområde, som är tillräckligt högt för att kemiska reaktioner ska äga rum snabbt. Planeter som på sin yta hyser liv liknande Jordens måste befinna sig inom den så kallade "Guldlock"-zonen, inom vilken vatten kan vara flytande.

Vattnets polära egenskaper gör det också till ett universellt lösningsmedel. Det kan lösa laddade oorganiska joner, till exempel natrium, kalium, klorid, fosfat och vätekarbonat. Det kan även lösa en mängd organiska föreningar med polära bindningar, till exempel kvävebaserna i DNA och RNA, aminosyror och proteiner samt sockerarter och kolhydrater. Alla dessa ämnen är nödvändiga för det liv vi känner till. 2008, 2012, 2017.

Anders Lundquist

Till början på sidan

Den jättestora märlkräftan (Hirondellea gigas) finns i Challengerdjupet längst ner i Marianergraven. Den klarar havsvattnets enorma tryck där nere. Läs i svaret nedan om hur djur klarar trycket i djuphaven.     Andra märlkräftor (ordningen Amphipoda) är vanliga i svenska sötvatten, men de är mer lika räkor. Challengerdjupet är det djupaste stället i världshaven, 11 034 meter under havsytan. Trycket där är cirka 1 100 gånger högre än vid havsytans nivå. Japanska forskare lyckades fånga 185 djur på tre timmar nere i Challengerdjupet. Alla tillhörde arten Hirondellea gigas. Filmregissören James Cameron besökte djupet år 2012, som den tredje människan någonsin och den förste sedan 1960. De enda djur han såg var märlkräftor, kanske Hirondellea gigas. På videoupptagningarna upptäckte man emellertid också sjögurkor. Där fanns också en riklig bakterieflora och en mängd gigantiska foraminiferer. Foraminiferer är inte djur, utan protister. Foraminiferer är, liksom alla andra protister, vanligen mycket små och encelliga, med en cellkärna. De tefatsstora foraminifererna kan bli så stora på grund av att de är kraftigt förgrenade och innehåller flera cellkärnor. De är inte flercelliga, men kan sägas stå på gränsen mellan encelliga och flercelliga organismer.     Vi vet mindre om de djupa delarna av världshaven än vi vet om månen. Vår okunskap är avgrundsdjup om de hav som upptar 71 procent av jordens yta. Courtesy of OpenCage and Shin-Enoshima Aquarium (Japan) from Wikimedia Commons under this CC License.

Hur klarar de djur som lever på havets botten trycket där?

I djuphavet är trycket flera hundra gånger högre än det är i luften nära havsytan där vi bor. Man skulle kunna tro att djuren i djuphavet krossades till mos av trycket, men så är det inte. Djuren består nämligen (precis som vi människor) till största delen av vatten och vätskor pressas inte ihop särskilt mycket när trycket ökar. Om du har en ballong fylld med luft kan du pressa ihop den så att dess volym minskar, men det kan du inte göra med en ballong som är fylld med vatten.

Men trycket påverkar bland annat de kemiska reaktioner som äger rum i djurens celler och proteinerna i djuphavsdjurens celler måste vara anpassade så att de fungerar vid höga tryck. Också cellernas membraner måste vara anpassade till trycket, annars blir de alltför stela.

I de allra djupaste delarna av världshaven har man bland annat hittat sjögurkor (på cirka 8 200 meters djup), märlkräftor (på cirka 11 000 meters djup) och tjocka mattor av mikroorganismer. bland annat bakterier och jättestora amöbor (på cirka 11 000 meters djup). Märlkräftan (Hirondellea gigas), se bild ovan, har undersökts närmare. Den producerar ett så kallat cellulas, olikt andra kända cellulaser. Cellulaser byter ner cellulosa från växternas cellväggar. Man tror att märlkräftan lever på trä, kokosnötskal och andra växtrester som sjunkit ner i djuphavsgraven. Läs mer om cellulosanedbrytning hos djur på en annan sida.

Vissa djuphavsdjur har luftfyllda behållare som hjälper dem att hålla sig svävande i vattnet och dessa behållare har antingen väggar som tål det höga trycket eller också innehåller de gas under mycket högt tryck. Bläckfiskars skal är exempel på hårdväggiga sådana behållare. Skalets hållfasthet gentemot det omgivande vattentrycket sätter en gräns för hur långt ner bläckfiskar med skal kan dyka. Fiskars simblåsor är exempel på mjukväggiga behållare som måste fyllas med gas under mycket högt tryck, ibland mer än 400 atmosfärer. 2000, 2012, 2014.

Anders Lundquist

Till början på sidan

Bildsekvensen visar hur kaskeloten (Physeter macrocephalus) påbörjar sitt dyk. Notera att valen ser ut att dyka lodrät neråt. Den kan dyka till ett djup av över 1 000, kanske 3 000, meter under havsytan. När valen är framme är trycket cirka 100, kanske 300 gånger, högre än vid havsytan. Inget annat däggdjur kan dyka så djupt. Läs mer i svaret nedan. Courtesy of David Csepp and the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration, in the public domain.

Har länge undrat över valars förmåga att dyka till stora djup. Hur kan valen återta sin kroppsform efter 250 atmosfärers tryck? En konventionell ubåt krossas av det trycket!

Så länge djuren består av enbart vatten och fasta ämnen blir det inga mekaniska problem. Vatten, liksom andra vätskor och fasta ämnen, är i det närmaste omöjliga att komprimera (trycka ihop) vid höga tryck. Däremot blir det vid höga tryck stora effekter på alla biokemiska reaktioner, på proteinernas struktur och på cellernas membraner. Läs mer om hur djur klarar höga tryck i föregående svar.

Detta innebär att djupdykande valar och sälar måste vara biokemiskt anpassade till att tåla både normalt atmosfärstryck och mycket höga tryck nere i djupet. Om denna anpassning vet man i stort sett ingenting, men det torde bland annat handla om stabila proteinstrukturer. För kaskeloten har man säkert belägg för att den kan dyka ner till mer än 1 000 meters djup, kanske kan den dyka så djupt som till 3 000 meter. Detta innebär ett tryck av åtminstone cirka 100 atmosfärer. En näbbval, småhuvudvalen (Ziphius cavirostris), innehar det gällande djupdykningsrekordet bland däggdjuren, 2 992 meter under havsytan. Detta innebär ett tryck på cirka 300 atmosfärer. Läs om dykrekord hos däggdjuren på en annan sida.

Men gaser komprimeras när trycket ökar. Gasfyllda strukturer hos djur måste därför på stora djup antingen ha en kraftig vägg som tål trycket, ha samma tryck inne i sig som i det omgivande vattnet eller tåla att komprimeras. Det första gäller bläckfiskars skal, det andra fiskars simblåsor, det tredje valars och sälars lungor. Läs om bläckfiskskal och simblåsor i föregående svar. Texten fortsätter under videon.

Hos djupdykande däggdjur och fåglar kan gas finnas i matspjälkningapparaten, i fjäderdräkten (hos bland annat pingviner), i pälsen (hos en del dykande däggdjur), i mellanörat samt i luftvägar och lungor. Bubblor av tarmgaser torde komprimeras utan att ställa till med problem. Luften i fjädrar och päls torde komprimeras utan andra problem än minskad lyftkraft och minskad värmeisolering. Men hur är det med mellanörat och andningsapparaten?

Hos djupdykande valar och sälar kan lungorna komprimeras helt och tömmas på luft. Hos en människa skulle detta leda till att bröstkorgen krossades. Hos de dykande djuren är bröstkorgen flexiblare och kompressionen kan ske utan att den förstörs. Luft finns kvar i de övre luftvägarna som hindras från att tryckas ihop av stela väggar. Detta gäller naturligtvis de luftvägsdelar som ligger inne i det förbenade kraniet, men också luftstrupen som kan vara benförstärkt. Syrgasförrådet har dessa djur inte i andningsapparaten, utan i form av syrgas bundet till blodets röda hemoglobin och till musklernas myoglobin ("muskelhemoglobin").

Valar har kvar landryggradsdjurens luftfyllda mellanöra i ett av kraniets ben. De har också kvar örontrumpeten som förbinder mellanörat med nässvalget. Man tror att de vid dyk kan höja trycket i mellanörat genom att pressa komprimerad luftvägsluft från svalget via den öppna örontrumpeten in i mellanörat. Precis så gör mänskliga dykare genom att svälja. Läs om mellanörat och örontrumpeten på en annan sida.

Ett problem med att ha luft med högt tryck i andningsapparaten är att det kan ge upphov till så kallad dykarsjuka. Det höga gastrycket på stora djup leder då till att kvävgas i stor mängd löser sig i kroppsvätskorna. När trycket vid uppstigandet minskar, så blir kroppsvätskorna övermättade på kvävgas och kvävgasbubblor bildas i kroppens vävnader. Samma sak händer i läsken när man öppnar en läskedrycksflaska, fast gasen är då koldioxid. Mänskliga dykare måste stiga upp långsamt efter ett visst schema för att undvika dykarsjuka. Valar och sälar undviker dykarsjuka delvis genom att de inte andas under dyket, något som mänskliga dykare gör när de dyker med tub. Dessutom finns luften ju bara i de övre luftvägarna, som har liten väggyta och dålig gasutbytande förmåga. Möjligen kan de dykande djuren också ha någon slags motståndskraft mot dykarsjuka. För utförligare information om dykarsjuka, läs artikeln "Syre, koldioxid och kväve i luft och i vatten: om landliv, vattenliv, dykarsjuka och kolsyrade drycker" på en annan sida. 2012, 2017.

Anders Lundquist

Till början på sidan

Till "Svar på frågor"

Zoofysiolog, skribent och webbansvarig: Anders Lundquist, senior universitetslektor emeritus

Adress: Biologiska institutionen, Lunds universitet, Biologihus B, Sölvegatan 35, 223 62 Lund

E-post: Senast uppdaterad: Se årtal efter varje svar. Webbplatsen använder kakor. Surfar du vidare, godkänner du detta. Läs mer här.

Detta verk är licensierat under en Creative Commons Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar 2.5 Sverige Licens.