Зброя жаб глюкозує проти морозу
Заморожування без заморозки до смерті - це те, що розуміють не тільки багато комах та інші дрібні повзаючі тварини. Деякі земноводні також можуть розморозитись неушкодженими, якщо більша частина їх рідини в організмі замерзла в лід. Однак перетворення метаболізму відповідно коштує багато енергії - що може зменшити шанси на виживання та зменшити шанси на розмноження. Це результат канадських вчених з Університету Західного Онтаріо в Лондоні, які вивчали північноамериканську деревну жабу (Rana sylvatica), близьку родичку місцевої звичайної жаби (Rana temporaria). Випробувані тварини прийшли з лісу поблизу Оттави, де лісові жаби зимують під листяним підстилкою. У глуху зиму снігу зазвичай так багато, що вони добре захищаються від крижаних температур, навіть якщо повітря в деякі ночі охолоджується до мінус 30 градусів Цельсія.
Найімовірніше для морозів заморозити пізньої осені, коли випало мало снігу, і ранньою весною, коли сніговий покрив вже тане на сонці. Це правда, що температура під листям на лісовій підстилці рідко опускається більше ніж на кілька градусів нижче точки замерзання. Але навіть при мінус 1,4 градуса це стає критичним для жаб. При контакті з льодом у вашому тілі також можуть утворюватися кристали льоду. Як показують безперервні вимірювання температури на місці, лісові жаби, які ховались під підстилкою листя, за зиму замерзають від одного до двох десятків разів і, як правило, знову відтають через день. Дослідники, що працюють з Брентом Дж. Сінклером, змоделювали ці морозні фази в невеликих пластикових камерах, що дозволяють аналізувати повітря. Коли температура там помітно опустилася нижче точки замерзання, деревна жаба, що перебуває у клітці, раптом видихнула набагато більше вуглекислого газу, тому різко збільшила свої енергетичні витрати ("Журнал експериментальної біології", т. 216, с. 292). Це не дивно - адже як тільки в її тілі утворюються перші кристали льоду, жаба починає розщеплювати глікоген, що зберігається в печінці.
Вироблена таким чином глюкоза діє, як антифриз. Він виводить воду з тканин тіла і гарантує, що крихітні кристалики льоду ростуть лише поза клітинами, якщо взагалі. Коли серце нарешті перестає битися, а дихання припиняється, метаболізм працює лише на задньому пальнику, з мінімальними витратами енергії через розпад глюкози. Тільки коли температура навколишнього середовища підвищується настільки, що лісова жаба відтає, а тканина її тіла знову поглинає воду, метаболізм знову починає йти. Тепер решту глюкози потрібно транспортувати назад у печінку та зберігати у вигляді глікогену. Крім того, тоді важливо усунути неминучі пошкодження лісу.
При температурі вище температури замерзання жаби в основному покладаються на жирові прокладки, щоб підтримувати метаболізм. Якщо взимку зима стане теплішою, слід побоюватися, що ці запаси жиру скоротяться набагато швидше. Тоді виснажені тварини повинні мати змогу інвестувати відповідно менше енергії у виробництво потомства навесні. Теплий клімат із меншим снігом також може означати для лісових жаб те, що вони частіше мерзнуть і тануть у зимові квартали. Як результат, якщо вам доведеться занадто часто використовувати глюкозу як антифриз, ваші запаси глікогену можуть закінчитися передчасно.
Надзвичайно довгі та холодні зими, звичайно, також особливий виклик. На крайній півночі свого ареалу лісовим жабам довелося до цього пристосовуватися. Тварини, які перебувають вдома на Алясці, готуються до морозного сезону з набагато більше зусиль, ніж їхні побратими в південних регіонах. Це те, що виявили вчені, що працюють з Джоном Костанцо з Університету Маямі в Оксфорді (Огайо), коли заносили в свої кліматичні камери лісових жаб різного походження.
Ще до того, як температура замерзла, лісові жаби з Аляски накопичували набагато більше антифризу, ніж лабораторні тварини з Огайо. Наприклад, концентрація сечовини в їх крові зросла вдесятеро, а не лише втричі ("The Journal of Experimental Biology", т. 216, с. 3461). Оскільки сечовина утворюється при розщепленні молекул білка, її багато в лісових жабах з крайньої півночі. На відміну від своїх родичів на півдні, вони зменшують свою м’язову масу, поки готуються до наближення зими. Крім того, вони восени розтоплюють усі свої жирові відкладення, щоб поповнити депо глікогену в печінці. Порівняно з жабами з Огайо, які залишають свої м’язи неушкодженими і жертвують лише частиною жирових запасів, вони зберігають у три рази більше глікогену.
Тоді рясні запаси глікогену допомагають протистояти арктичній атмосфері. Якщо лісові жаби з Аляски поступово охолоджуються настільки, що їх кров збагачується глюкозою, вони можуть пережити температуру до мінус 16 градусів Цельсія. Потім близько двох третин води в організмі заморожується. Родичі Огайо досягли цієї точки набагато раніше. Якщо температура їх тіла опускається нижче мінус 5 градусів, у цих жаб мало шансів вижити. Вони можуть розморозитися без шкоди лише через кілька днів при слабших морозах. Протягом доби-двох рівень цукру в крові знижується до нормального рівня: Глюкоза, яка більше не потрібна, направляється назад у печінку, де вона перетворюється на глікоген і знову мобілізується як антифриз при наступному похолодженні. Однак коли лісові жаби, вихідці з Аляски, відтають, рівень цукру в крові повільно знижується. Через п’ять днів у вас все ще буде більше десятикратної кількості глюкози в крові, ніж до морозильної камери. Вони, ймовірно, готові до того, щоб небезпека морозу не була уникнена так швидко - зрештою, зима на Алясці триває до восьми місяців.