Små möss ”stänger av” för att överleva extrem kyla på de högsta bergstopparna

Det är tidigt 2019 och biologen Jay Storz kämpar för att andas. Han har precis tagit sig upp till toppen av Llullaillaco, en chilensk vulkan som är ungefär tre fjärdedelar så hög som Mount Everest, i jakt på ett rykte.

Ovanför så här högt är luften tunn, så det finns inte mycket syre och varje steg är en ansträngning. Storz kollega, Mario Perez Mamani, upptäcker rörelser bland klipporna och Storz sätter igång. Han gör ett lyckat grepp och sätter sig tillbaka med ett leende på läpparna. I hans knytnäve finns världens högst levande djur: Jag är en kanadensisk biolog som ingår i ett internationellt forskarlag där Storz ingår. Vi studerar bergsmöss för att lära oss hur djur anpassar sig till extrema miljöer. När det gäller att leva det höga livet är små gnagare och lagomorfer (släktingar till kaniner) de obestridda mästarna på höga höjder från Anderna till Himalaya. Vår studieart, den nordamerikanska hjortmusen (Peromyscus maniculatus), finns från havsnivå till toppen av de högsta Klippiga bergen, vilket ger den det bredaste höjdintervallet av alla däggdjur på kontinenten.

Överlevnad av extrema miljöer som valp

Bergstoppar är några av de mest extrema miljöerna på jorden, och många toppar är iskalla året runt. För små möss kan detta vara ett stort problem. Deras yta är stor i förhållande till deras massa, så de förlorar snabbt värme.

De flesta varmblodiga djur som fåglar och däggdjur – endotermer – använder energi från maten för att skapa sin egen värme och förhindra att deras kroppstemperatur sjunker för lågt. Däggdjur använder muskler för att rysa eller en speciell sorts fett som kallas brun fettvävnad som producerar värme utan att rysa. Både muskler som skakar och brunt fett behöver energi och syre för att producera värme.

Oxygen är en bristvara på en bergstopp, men möss på hög höjd har hittat ett sätt att kringgå detta problem. Höglandspopulationer av den nordamerikanska hjortmusen, som är hemmahörande i Klippiga bergen och Vita bergen, har utvecklats för att maximera värmeproduktionen. Deras bruna fett och skelettmuskler är fettförbränningsmaskiner, och deras specialiserade kardiovaskulära och respiratoriska system levererar allt syre och bränsle som behövs. Maximering av värmeproduktionen innebär att en vuxen mus har större chans att överleva på den kalla bergstoppen.

Generera värme för överlevnad

Vissa däggdjur föds med fullt fungerande värmegenererande mekanismer. Men för många arter mognar dessa system efter födseln. Hos dessa djur – däribland människor och möss – mognar det bruna fettet först och tar på sig den tidiga värmeproduktionen.

På havsnivå tar det ungefär åtta dagar för en musunge att utveckla sitt bruna fett. Vid det laget har bebisarna, eller valparna, tredubblats i storlek och börjar få päls. Om ytterligare två korta veckor kommer de att vara tillräckligt gamla för att lämna hemmet, men de första veckorna är förrädiska. Den höga rovdjursrisken och energikostnaderna för tillväxten gör att mindre än hälften av de musungar som föds i det vilda klarar sig till vuxen ålder.

Men möss på hög höjd har utvecklat en överraskande strategi för att överleva detta tidiga livsskede: de låter sig bli kalla. Vår forskning visade att värmeproducerande system hos hjortmusungar på hög höjd mognar långsamt jämfört med möss från lägre höjder. När vi tittade på de gener som är ansvariga för dessa egenskaper fann vi att i både brunt fett och skelettmuskulatur var de metaboliska vägar som är förknippade med värmeproduktion avstängda hos valpar på hög höjd, som var tvungna att förlita sig på sina mödrar för att få värme.

Moder gnagare sitter på sina ungar medan de ammar, vilket gör att de håller dem varma. Om valparna inte kan producera sin egen värme kommer deras kroppstemperatur att sakta sjunka när modern är borta.

Tolerans mot kyla

Människor drabbas av hypotermi om vår kropp sjunker med 2 C, så detta kan verka farligt. Men musungar är anmärkningsvärt köldtoleranta. Deras kroppstemperatur kan sjunka nästan till fryspunkten i timmar och värmas upp igen när deras mamma återvänder.

Vår forskning leder oss till att tro att möss på hög höjd sparar sin energianvändning för att växa, snarare än för att hålla sig varma. Kombinationen av kyla och syrebrist innebär att de flesta däggdjursbebisar (från människor till råttor) inte kan växa ordentligt på hög höjd.

Hjortmusen kan överleva till vuxen ålder på hög höjd tack vare sin förmåga att bromsa den metaboliska aktiviteten och spara energi. Eftersom detta är den exakt motsatta strategin som vuxna hjortmöss använder sig av, belyser vårt arbete hur viktigt det är att studera unga djur om vi vill förstå hur en art har utvecklats.