Vauvahiiret ”sammuvat” selviytyäkseen äärimmäisestä kylmyydestä korkeimmilla vuorenhuipuilla

On alkuvuosi 2019, ja biologi Jay Storz kamppailee hengästyneenä. Hän on juuri päässyt Llullaillacon huipulle, chileläisen tulivuoren huipulle, joka on noin kolme neljäsosaa Mount Everestin korkeudesta, etsimään huhua.

Näin korkealla ilma on ohutta, joten happea on vähän ja jokainen askel on ponnistus. Storzin kollega, Mario Perez Mamani, havaitsee liikettä kallioiden välissä ja Storz ryhtyy toimeen. Hän tarttuu onnistuneesti kiinni ja istuu hymyillen takaisin. Hänen nyrkissään on maailman korkeimmalla asuva eläin: Keltasarvinen lehtikorvahiiri (Phyllotis xanthopygus rupestris).

Olen kanadalainen biologi, joka kuuluu kansainväliseen tutkijaryhmään, johon Storz kuuluu; tutkimme vuorenhuippuhiiriä oppiaksemme, miten eläimet sopeutuvat äärimmäisiin ympäristöihin. Kun on kyse korkealla elämisestä, pienet jyrsijät ja jäniseläimet (kanien sukulaiset) ovat kiistattomia korkeiden paikkojen mestareita Andeilta Himalajalle. Tutkimuslajimme, pohjoisamerikkalainen peurahiiri (Peromyscus maniculatus), esiintyy merenpinnan tasolta korkeimpien Kalliovuorten huipulle asti, mikä antaa sille mantereen kaikista nisäkkäistä laajimman korkeusalueen.

Edellisistä olosuhteista selviytyminen pentuna

Vuorten huiput ovat maapallon äärimmäisimpiä ympäristöjä, ja monilla huipuilla on jäätävän kylmä ympäri vuoden. Pienille hiirille tämä voi olla suuri ongelma. Niiden pinta-ala on suuri suhteessa niiden massaan, joten ne menettävät lämpöä nopeasti.

Useimmat lämminveriset eläimet, kuten linnut ja nisäkkäät – endotermit – käyttävät ravinnosta saatavaa energiaa tuottaakseen omaa lämpöään ja estääkseen ruumiinlämpönsä laskemisen liian alas. Nisäkkäät käyttävät ravisteluun lihaksia tai erityistä rasvaa, jota kutsutaan ruskeaksi rasvakudokseksi ja joka tuottaa lämpöä ilman ravistelua. Sekä värisevä lihas että ruskea rasva tarvitsevat energiaa ja happea lämmön tuottamiseen.

Hapesta on pulaa vuorenhuipulla, mutta korkealla asuvat hiiret ovat löytäneet keinon kiertää tämä ongelma. Kalliovuorilla ja Valkoisilla vuorilla kotoperäisen pohjoisamerikkalaisen hirvihiiren vuoristopopulaatiot ovat kehittyneet maksimoimaan lämmöntuotannon. Niiden ruskea rasva ja luurankolihakset ovat rasvanpolttokoneita, ja niiden erikoistuneet sydän- ja verenkiertoelimistö ja hengitysjärjestelmät tuottavat kaiken tarvittavan hapen ja polttoaineen. Lämmöntuotannon maksimointi tarkoittaa, että aikuinen hiiri selviytyy todennäköisemmin kylmällä vuorenhuipulla.

Lämmön tuottaminen selviytymistä varten

Jotkut nisäkkäät syntyvät täysin toimivilla lämmöntuotantomekanismeilla. Mutta monilla lajeilla nämä järjestelmät kypsyvät syntymän jälkeen. Näillä eläimillä – myös ihmisillä ja hiirillä – ruskea rasva kypsyy ensin ja ottaa hoitaakseen varhaisen lämmöntuotannon.

Merenpinnan tasolla hiiren poikasen ruskean rasvan kehittyminen kestää noin kahdeksan päivää. Siihen mennessä poikaset eli pennut ovat kolminkertaistaneet kokonsa ja alkavat kasvattaa turkkia. Vielä kahden viikon kuluttua ne ovat tarpeeksi vanhoja lähtemään kotoa, mutta nämä ensimmäiset viikot ovat petollisia. Suuren saalistusriskin ja kasvun aiheuttamien energiakustannusten vuoksi alle puolet luonnossa syntyneistä hiirenpoikasista selviytyy aikuisiksi.

Mutta korkealla asuvat hiiret ovat kehittäneet yllättävän strategian, joka auttaa selviytymään tästä varhaisesta elämänvaiheesta: ne antavat itsensä palella. Tutkimuksessamme havaittiin, että korkealla sijaitsevien hirvihiiren pentujen lämpöä tuottavat järjestelmät kypsyvät hitaasti verrattuna matalammalla sijaitseviin hiiriin. Kun tarkastelimme näistä ominaisuuksista vastuussa olevia geenejä, havaitsimme, että sekä ruskeassa rasvassa että luurankolihaksessa lämmöntuotantoon liittyvät aineenvaihduntareitit olivat pois päältä korkealla sijaitsevilla pennuilla, jotka joutuivat turvautumaan lämpöä antaviin emoihinsa.

Emäjyrsijät istuvat pentujensa päällä, kun ne imettävät, pitäen ne mukavasti lämpimänä. Jos pennut eivät pysty tuottamaan omaa lämpöään, niiden ruumiinlämpö laskee hitaasti aina, kun emo on poissa.

Kylmän sietokyky

Ihmiset saavat hypotermian, jos elimistömme lämpötila laskee 2 C:n verran, joten tämä voi tuntua vaaralliselta. Mutta hiirenpoikaset ovat huomattavan kylmäsietoisia. Niiden ruumiinlämpö voi laskea tuntikausiksi lähes pakkaselle ja lämmetä uudelleen, kun emo palaa.

Tutkimuksemme antaa meille aihetta uskoa, että korkealla asuvat hiiret säästävät energiankulutustaan kasvuun sen sijaan, että ne pysyisivät lämpiminä. Kylmyyden ja alhaisen happipitoisuuden yhdistelmä tarkoittaa, että useimmat nisäkäspoikaset (ihmisistä rottiin) eivät pysty kasvamaan kunnolla korkealla.

Hirvihiiri pystyy selviytymään aikuisuuteen asti korkeilla paikoilla, koska se kykenee hidastamaan aineenvaihduntaa ja säästämään energiaa. Koska tämä on täysin päinvastainen strategia, jota aikuiset hirvihiiret käyttävät, työmme korostaa, kuinka tärkeää on tutkia nuoria eläimiä, jos haluamme ymmärtää, miten laji on kehittynyt.