Att andas eller inte andas, det är frågan.

Vad skulle hända om du var nedsänkt i en damm där vattentemperaturen svävade strax över fryspunkten och ytan var täckt av ett lock av is i 100 dagar?

Väl, uppenbarligen skulle du dö.

Och det är för att du inte är lika cool som en sköldpadda. Och med cool menar jag inte bara fantastiskt, Jag menar bokstavligen cool, som i kyla. Plus, du kan inte andas genom din rumpa.

Men sköldpaddor kan vilket bara är en av många anledningar till att sköldpaddor verkligen är fantastiska.

Kallt väder saktar ner

Som en ektoterm - ett djur som förlitar sig på en extern värmekälla - spårar en sköldpaddas kroppstemperatur den i dess omgivning. Om dammvattnet är 1 ℃, så är sköldpaddans kropp.

Men sköldpaddor har lungor och de andas luft. Så, hur är det möjligt för dem att överleva i en kall damm med ett lock av is som hindrar dem från att komma upp för luft? Svaret ligger i förhållandet mellan kroppstemperatur och ämnesomsättning.

En kall sköldpadda i kallt vatten har en långsam ämnesomsättning. Ju kallare det blir, ju långsammare dess ämnesomsättning, vilket leder till lägre energi- och syrebehov.

När sköldpaddor övervintrar, de förlitar sig på lagrad energi och tar upp syre från dammvattnet genom att flytta det över kroppsytor som är i jämnhöjd med blodkärl. På det här sättet, de kan få tillräckligt med syre för att tillgodose sina minimala behov utan att använda sina lungor. Sköldpaddor har ett område som är särskilt väl vaskulariserat — deras rumpor.

Ser, jag skojade inte, sköldpaddor kan verkligen andas genom sina rumpor. (Den tekniska termen är cloacal respiration.)

Inte fryst, bara kallt

Vi är inga sköldpaddor. Vi är endotermer – dyra metaboliska värmeugnar – som ständigt behöver förse våra kroppar med mat för att generera kroppsvärme och hålla en konstant temperatur för att hålla sig vid liv och må bra.

När det är kallt ute, vi lägger på oss kläder för att fånga upp metabol värme och hålla oss varma. Vi kunde aldrig ta upp tillräckligt med syre över våra vaskulariserade ytor, annat än våra lungor, för att tillgodose den höga efterfrågan på våra metaboliska ugnar.

För människor, en förändring i kroppstemperatur är ett tecken på sjukdom, att något är fel. När en sköldpaddas kroppstemperatur ändras, det beror helt enkelt på att miljön har blivit varmare eller kallare.

Men även ektotermer har sina gränser. Med mycket få undantag (t.ex. lådsköldpaddor), vuxna sköldpaddor kan inte överleva minusgrader; de kan inte överleva att ha iskristaller i sina kroppar. Det är därför sötvattensköldpaddor övervintrar i vatten, där deras kroppstemperaturer förblir relativt stabila och inte kommer att gå under fryspunkten.

Vatten fungerar som en temperaturbuffert; den har en hög specifik värme, vilket innebär att det tar mycket energi att ändra vattentemperaturen. Dammvattentemperaturerna förblir ganska stabila över vintern och en ektoterm som sitter i det vattnet kommer att ha en liknande stabil kroppstemperatur. Luft, å andra sidan, har en låg specifik värme så dess temperatur fluktuerar, och blir för kallt för att sköldpaddan ska överleva.

Krampiga muskler

En istäckt damm uppvisar två problem för sköldpaddor:de kan inte komma upp till ytan för att ta ett andetag, och lite nytt syre kommer in i vattnet. Dessutom, det finns andra djur i dammen som konsumerar syre som producerades av vattenväxter under sommaren.

Under vintern, när syret förbrukas, dammen blir hypoxisk (låg syrehalt) eller anoxisk (utarmad på syre). Vissa sköldpaddor kan hantera vatten med låg syrehalt — andra kan inte.

Snäppsköldpaddor och målade sköldpaddor tolererar denna stressiga situation genom att ändra sin ämnesomsättning till en som inte kräver syre. Denna förmåga är fantastisk, men kan vara farligt, till och med dödlig, om det pågår för länge, eftersom syror byggs upp i deras vävnader som ett resultat av denna metaboliska omställning.

Men hur länge är "för lång"? Både knäppsköldpaddor och målade sköldpaddor kan överleva tvångsnedsänkning vid kallvattentemperaturer i labbet i långt över 100 dagar. Målade sköldpaddor är kungarna av anoxitolerans. De mobiliserar kalcium från sina skal för att neutralisera syran, ungefär på samma sätt som vi tar kalciumhaltiga antacida mot halsbränna.

Under våren, när anaeroba sköldpaddor dyker upp ur viloläge, de är i princip en enda stor muskelkramp. Det är som när du springer hårt — din kropp går över till anaerob metabolism, mjölksyra byggs upp och man får kramp. Sköldpaddorna är desperata efter att sola sig i solen för att öka sin kroppstemperatur, för att få fart på sin ämnesomsättning och eliminera dessa sura biprodukter.

Och det är svårt att röra sig när de är så krampiga, gör dem sårbara för rovdjur och andra faror. Vårens uppkomst kan vara en farlig tid för dessa slöa sköldpaddor.

Spårning av sköldpaddor i kallt väder

Fältbiologer brukar göra sin forskning under våren och sommaren, när djuren är som mest aktiva. Men i Ontario, där vintrarna är långa, många sköldpaddor är inaktiva under hälften av sina liv.

Att förstå vad de gör och behöver under vintern är avgörande för deras bevarande och livsmiljöskydd, särskilt med tanke på att två tredjedelar av sköldpaddsarterna riskerar att dö ut.

Min forskargrupp har övervakat flera arter av sötvattensköldpaddor under deras vinterdvala. Vi fäster små apparater på sköldpaddornas skal som mäter temperatur och låter oss följa dem under isen.

Vi har upptäckt att alla arter väljer att övervintra i våtmarksplatser som svävar strax över fryspunkten, att de rör sig under isen, övervintra i grupper och återvända till samma platser vinter efter vinter.

Trots allt detta arbete, vi vet fortfarande så lite om den här delen av sköldpaddornas liv.

Så, Jag gör vad vilken engagerad biolog som helst skulle göra:Jag skickar ut mina elever för att göra fältforskning vid -25℃. Vi är inte begränsade till biologi med fint väder här.

Förutom, det finns en oöverträffad skönhet i ett kanadensiskt vinterlandskap, speciellt när du föreställer dig alla dessa fantastiska sköldpaddor under isen, andas genom deras rumpor.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.