Animaux en hiver

L'hiver est la saison qui commence le 21 décembre, au solstice d'hiver, et se termine le 21 mars, à l'équinoxe du printemps. Au Canada, on lui associe le froid et la neige. Le Soleil est plus près de la Terre en janvier, mais c'est le fait que ses radiations frappent notre planète à un angle oblique qui rend la saison habituellement froide, et plus on est au nord, plus l'angle devient oblique et plus il fait froid. À l'automne et au début de l'hiver, il faut un certain temps pour que le sol refroidisse, de sorte que la pleine saison s'installe seulement en janvier. Et les Canadiens savent très bien que l'hiver ne finit pas nécessairement le 21 mars!

Quand la température tombe au-dessous de 0º C, l'eau douce passe de l'état liquide à l'état solide et, comme toute forme de vie dépend de l'eau, beaucoup d'organismes vivants éprouvent alors des difficultés. Les lacs gèlent et les précipitations tombent sous forme de neige. Cependant, la neige est un bienfait pour bon nombre de petits animaux, notamment divers invertébrés et petits mammifères. La neige sert d'isolant, donc les conditions de vie peuvent être favorables à la surface du sol, sous la couche de neige, dans l'espace qualifié de subnival. La neige peut aussi protéger ces animaux contre les prédateurs tandis qu'elle nuit aux déplacements des animaux qui sont au-dessus.

On peut diviser les animaux en deux groupes : les homéothermes, animaux à sang chaud qui maintiennent une température interne constante, et les poïkilothermes, animaux à sang froid dont la température corporelle tend à varier selon la température externe. Certains animaux à sang froid ont la capacité thermogénique de produire de la chaleur en utilisant l'énergie du soleil, par exemple en lézardant au soleil, de sorte que la température de leur corps ne varie pas nécessairement avec celle du milieu.

Animaux à sang froid

Grâce à des réactions comportementales et biochimiques complexes au froid qui s'intensifie et à d'autres facteurs environnementaux, les animaux à sang froid peuvent survivre à l'hiver dans les zones tempérées du Canada.

Insectes et autres invertébrés

Le cycle biologique de la plupart des espèces d'insectes qui hibernent sous forme d'oeuf, de larve, de nymphe ou, moins communément, au stade adulte se caractérise par une période d'arrêt de l'activité et du développement (diapause). Généralement, les insectes qui hibernent sont soit intolérants au gel, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent survivre à la formation de glace dans leurs tissus, soit tolérants.

Les non tolérants évitent la congélation par surfusion en vidant leur tube digestif, en réduisant leur masse d'eau corporelle, en produisant des substances antigel (cryoprotectrices) de façon anaérobie, par exemple le glycérol, et en passant l'hiver dans un endroit sec.

Chez les insectes tolérants au gel, la formation de glace est favorisée par des protéines formant des noyaux de glace à quelques degrés au-dessous de 0º C, mais la glace est restreinte aux espaces extracellulaires et la formation totale de glace est limitée par des substances antigel. Ils peuvent survivre à des températures de -50º C ou moins. On ne connaît aucun animal qui survit à la congélation complète de l'eau de ses tissus, car la glace intracellulaire (formation de cristaux de glace dans la cellule) endommage les organites et la membrane cellulaire.

Les espèces aquatiques qui hibernent au stade adulte se déplacent habituellement vers des sites terrestres ou d'étangs peu profonds vers de plus grands cours d'eau et des fosses profondes, tandis que d'autres hibernent sous forme d'œuf à la surface de l'eau ou à proximité. En prévision de l'hiver, les larves de chironomidés (moucherons non piqueurs) construisent de solides cocons et les phryganes scellent leur fourreau (étui). Les perles, les phryganes et les éphémères, bien que l'on croie qu'elles soient tolérantes au gel, évitent les températures au-dessous de zéro. Certains animaux marins de la zone intertidale, comme les mollusques, sont également tolérants au gel.

Les espèces terrestres qui hibernent dans les plantes et l'écorce des arbres se cachent dans des crevasses ou des fissures profondes. D'autres hibernent dans la litière, dans le sol, dans des amas de roches, dans des grottes ou des terriers. Les papillons nocturnes et les papillons diurnes ainsi que d'autres insectes hibernent dans des cocons spéciaux, ou hibernacula, qui résistent à la gelée et à la sécheresse. De nombreuses espèces de coléoptères, de mouches, de GUÊPES et de papillons diurnes et nocturnes sont tolérantes au gel. D'autres hibernent dans l'espace subnival. Une couverture de neige de seulement 10 cm stabilise les températures à la surface du sol, et quand il fait -50º C, une couche de neige d'une épaisseur d'un demi-mètre peut donner une température subnivale allant jusqu'à -5º C. La neige maintient également l'humidité et protège ainsi les insectes de la dessiccation.

Les insectes qui sont actifs à la surface de la neige, notamment les puces de neige, les papillons nocturnes et les panorpes, augmentent leur température corporelle en se faisant chauffer au soleil. La majorité des insectes terrestres actifs l'hiver, principalement des adultes, mais aussi des larves, vivent à la surface du sol, sous la neige, comme le font les araignées, les mites et les tiques.

Vertébrés inférieurs

Grâce à un métabolisme élevé, les poissons d'eau douce, qu'ils soient semi-léthargiques (anguilles) ou actifs, sont protégés sous la glace par leurs liquides organiques, qui gèlent à des températures inférieures à celles de l'eau douce. Les poissons marins migrent en eau profonde ou, comme les morues, les chabots et les plies, produisent des substances antigel (peptides ou glycopeptides) pour résister au gel dans les étendues d'eau salée peu profondes chargées de glace.

Les amphibiens et les reptiles survivent à l'hiver en dormant sous des troncs d'arbres en décomposition, dans des crevasses rocheuses, dans des grottes ou dans le terrier d'un autre animal. Plusieurs amphibiens trouvent refuge sur les rives d'un cours d'eau, près d'une source ou dans un terrier creusé dans la vase d'un marais, d'un étang ou au fond d'un lac, où les tortues et les salamandres hibernent également. Comme plusieurs autres poïkilothermes, une sous-espèce du triton vert (Notophtalmus viridescens viridescens) peut ajuster son métabolisme afin de s'acclimater au froid et de rester actif dans l'eau. La salamandre à points bleus, qui semble tolérante au gel, peut se déplacer sur la neige et la glace à des températures de 1º C à 3º C.

Les animaux qui hibernent dans un cours d'eau ou dans le fond d'un lac, comme la grenouille verte et la grenouille léopard, bien qu'elles soient engourdies dans une eau où la température est entre 0,5º C et 2º C, sont capables de nager. Le ouaouaron survit dans des étangs profonds où il y a suffisamment d'oxygène et les crapauds s'enfouissent dans le sol. Quelques espèces d'amphibiens et de reptiles restent à la surface du sol en hiver, protégés seulement par de la mousse, de la litière et de la neige.

Des espèces tolérantes au gel, comme la grenouille des bois et la rainette crucifère, convertissent le glycogène du foie en glucose, qui agit comme un antigel pour empêcher la congélation des cellules, mais permet la formation de glace dans les espaces extracellulaires. Lorsque le corps contient de 60 p. 100 à 65 p. 100 de glace, le coeur arrête de battre, la respiration cesse et la grenouille survit grâce à un métabolisme anaérobie. Si la température descend sous -7º C, l'animal meurt. La couverture de neige est donc importante pour sa survie.

Les serpents se rassemblent dans des abris rocheux, parfois en groupes comprenant diverses espèces. Les couleuvres, qui tolèrent la congélation, voyagent parfois sur plusieurs kilomètres pour hiberner au même endroit chaque année. Le changement de climat rend les hivers canadiens plus irréguliers et on assiste à des périodes de dégel et de regel. Beaucoup d'invertébrés, d'amphibiens et de serpents pourraient devenir vulnérables et même mourir s'ils commençaient à bouger en temps de redoux et se faisaient prendre par une vague de froid.

Animaux à sang chaud

Les oiseaux et les mammifères tendent soit à fuir l'hiver en migrant vers le sud (c'est le cas de nombreux oiseaux et du caribou de la toundra, qui va vers la forêt boréale) soit à hiverner en restant actifs ou en entrant en léthargie ou encore en hibernation. Ils perdent de la chaleur par conduction (transfert direct), par convection (la chaleur est captée par le mouvement de l'air), par radiation (perte de chaleur radiante) et par évaporation (où c'est l'évaporation de l'eau qui cause la perte de chaleur). La perte de chaleur due à la conduction et à la convection peut être réduite par une isolation efficace, par exemple une couche de gras ou une couverture corporelle telle que la fourrure ou le plumage. Le renard arctique est tellement bien protégé par sa fourrure qu'il garde sa chaleur jusqu'à une température de -80º C. En hiver, il est fréquent pour les oiseaux et les mammifères d'avoir plus de fourrure et de plumes qu'ils peuvent gonfler (horripilation) pour augmenter leur isolation.

Léthargie

Certains mammifères actifs l'hiver (musaraignes et souris sylvestre) ainsi que des oiseaux comme les mésanges entrent en léthargie la nuit en abaissant leur température corporelle de quelques degrés pour réduire les pertes de chaleur. L'ours noir, qui accumule de la graisse à l'automne, dort profondément, car sa température reste presque normale même si ses rythmes respiratoire et cardiaque diminuent brusquement. Il peut perdre jusqu'à 40 p. 100 de son poids durant l'hiver. Les ours, les ratons laveurs, les mouffettes et les tamias se réveillent en plein hiver, par temps doux, pour chercher de la nourriture ou changer de tanière.

Hibernation

L'hibernation, au cours de laquelle le métabolisme peut représenter seulement de 1 p. 100 à 5 p. 100 du métabolisme normal, se caractérise par des températures corporelles inférieures de 20º C ou plus aux températures normales (hypothermie). Les rythmes respiratoire et cardiaque s'abaissent et deviennent irréguliers. La marmotte peut respirer seulement 10 fois l'heure, son rythme cardiaque peut diminuer à 4 ou 5 battements par minute et sa température interne, descendre à seulement quelques degrés au-dessus du point de congélation. Les hibernants comme les souris sauteuses, les chauves-souris sédentaires et les écureuils terrestres ou fouisseurs (incluant les marmottes) accumulent de la graisse corporelle qui sert d'isolant et de réserve énergétique pour survivre pendant les longues périodes de léthargie. La graisse brune riche en énergie est utilisée par les hibernants pour produire de la chaleur interne (thermogénèse sans frissons) durant les fréquentes périodes d'éveil.

Autres stratégies

En plus de se faire un duvet sous leur pelage ou leurs plumes en hiver, les oiseaux et les mammifères ont recours à des stratégies comportementales pour avoir assez de chaleur. Les mammifères se recroquevillent et ramènent leurs pattes sous leur corps et se couvrent le museau avec leur queue pour conserver la chaleur. Certains oiseaux et mammifères se rassemblent pour conserver la chaleur.

Les réactions physiologiques au froid des animaux à sang chaud peuvent consister à augmenter ou à réduire leur production de chaleur par des procédés métaboliques, à produire de la chaleur par des tremblements musculaires (thermogénèse par frisson), à utiliser leurs cellules adipeuses brunes (thermogénèse sans frisson) et à réduire le débit sanguin vers la peau (vasoconstriction). Le pelage blanc du lagopède, de la belette et du lièvre peut servir à cacher leur couleur, mais l'air que contiennent les plumes creuses (blanches) et le pelage (caribou, ours polaire) aide à l'isolation. Par exemple, l'ours polaire a la peau noire et son poil creux blanc aide les rayons du soleil à se rendre à la peau et à la réchauffer. La plupart des oiseaux emmagasinent juste assez de gras pour survivre un jour ou deux, sinon un poids additionnel nuirait à leur vol. Le cerf peut ralentir son métabolisme quand il fait froid de manière à avoir besoin de moins de nourriture. Quand ils ne sont pas en vol, les oiseaux frissonnent pour maintenir leur température corporelle et cette activité fait produire de la chaleur par les muscles du vol.

Certaines espèces, dont les échassiers, les laridés (voir Goélands et mouettes) et les caribous, sont pourvues d'un réseau vasculaire complexe dans leurs membres, et la chaleur est transmise des artères chaudes aux veines plus froides et est ainsi dirigée vers les tissus profonds. La queue des castors est aussi pourvue de ce système d'échange de chaleur à contre-courant qui réduit grandement les pertes de chaleur durant l'hiver.

Les musaraignes, campagnols et souris vivent dans l'espace subnival, où la température est modérée, où la nourriture est abondante et où la neige les protège, jusqu'à un certain point, contre les prédateurs. Beaucoup de campagnols et de souris ont une démographie cyclique, mais ces cycles sont en train de disparaître, probablement en raison du changement climatique qui rend les hivers plus irréguliers. Le tétras peut profiter de la qualité isolante de la neige en y plongeant pour s'y faire une sorte de hutte de neige (un quinzhee construit en creusant un trou dans un banc de neige) et y passer la nuit à l'abri du froid.

En hiver, trouver assez de nourriture représente souvent un problème plus grave que la prévention des pertes de chaleur. Il y a beaucoup d'espèces qui stockent de la nourriture pour la consommer plus tard, écureuils roux, tamias, pikas, belettes, mésanges, geais bleus et hiboux. La nyctale de Tengmalm fait provision de campagnols gelés, mais quand vient le temps de les manger, elle s'assoit dessus pour faire dégeler sa nourriture.

Dans la neige épaisse, les cerfs et les orignaux se rassemblent dans des peuplements de feuillus, où ils se nourrissent, et dans les forêts de conifères, qui offrent un couvert. Les cerfs piétinent la neige de façon à former un réseau de sentiers entre les sites d'alimentation et de repos (ravages). En montagne, des troupeaux de cerfs-mulets et d'élans trouvent des conditions moins rigoureuses en descendant des versants exposés au sud.

L'hiver est un temps difficile pour les animaux et, en fin de compte, c'est l'acquisition d'une quantité suffisante de nourriture qui est la plus cruciale pour leur survie. Le changement climatique pourrait rendre la survie en hiver encore plus difficile pour beaucoup d'animaux, mais pourrait être profitable à quelques-uns.