Выживет ли лягушка после заморозки
Обновлено: 05.07.2024
Лягушки, как и рыбы, являются хладнокровными животными. Но, в отличие от рыб, лягушки могут жить как в воде, так и на суше. У взрослых лягушек есть лёгкие, но частично они могут получать кислород через кожу. Когда температура воздуха заметно снижается — температура тела лягушки станет такой же. Соответственно снижается обмен веществ и потребность в кислороде.
Когда в северных странах устанавливается холодная погода, лягушки ныряют в водоём. Зарывшись в ил, они остаются там до конца зимы в состоянии анабиоза. Большинство прудов не промерзают до дна даже в особенно холодные зимы, поэтому лягушки тоже не замерзают.
Каждую осень эти лягушки, чтобы пережить суровую зиму, с понижением температуры замерзают и находятся в таком состоянии до самой весны. Причем, оттаивая, они выглядят гораздо лучше, чем, к примеру, кусок мяса, которое после такого же срока хранения вытащили бы из холодильника.
Ученые из Университета Аляски в Фэрбенксе и Института Биологии Арктики (UAF) при этом университете провели серию опытов как на лабораторных лягушках, так и на лягушках, находящихся в естественной среде обитания. По итогам этих исследований оказалось, что хладостойкость у лягушек, живущих в природе, гораздо более высокая, чем считалось ранее.
Древесные лягушки, обитающие на Аляске, зимуют на земле, предварительно устраивая себе из перегнившей земли и опавшей листвы места зимней спячки, при этом температура в них может держаться ниже нуля более шести месяцев, достигая -20 °С.
Известно, что когда клетки живого организма подвергаются заморозке, они высыхают и со временем погибают. Чтобы избежать этого, лягушки, образно говоря, укутывают свои клетки глюкозой, которая замедляет их высыхание — ученые называют это процессом криопротекции.
Концентрация сахара внутри клетки помогает также сбалансировать концентрацию солей, которые образуются в процессе образования льда, за пределами клетки. Сахар и другие криопротекторы удерживают воду внутри клетки, препятствуя тем самым ее гибели.
В ходе исследований было установлено, что лягушки, живущие в условиях естественной среды обитания, накапливают гораздо большие концентрации глюкозы в тканях организма, чем лягушки, замороженные в лабораторных условиях. Концентрации глюкозы у лягушек в их среде обитания были в 13 раз выше в мышечной ткани, в 10 раз выше в сердечной ткани и в 3,3 раза выше в ткани печени по сравнению с данными лабораторных лягушек.
Ученые считают, что именно эта дополнительная глюкозная защита обеспечивает диким лягушкам 100-процентную выживаемость при более низких температурах (до -18 °С) в течение гораздо большего времени (до 218 дней), по сравнению с лабораторными лягушками.
Было установлено, что несравнимо большее накопление глюкозы у лягушек в природе связано с многократными процессами замораживания-размораживания, которые они претерпевают в начале осени, именно эти процессы и стимулируют у лягушек чрезвычайно активную выработку и накопление глюкозы.
Конечно, создание и поддержание в полной мере естественных условий в лаборатории пока невозможно, так как учесть все нюансы и особенности механизмов матушки-природы не по силам современному человеку. Но все равно, взяв за пример опыт природы, ученым удалось добиться в лабораторных условиях впечатляющих результатов: выживаемость замороженных лягушек «зимовавших» при температуре не более -7,2°С и без повторяющихся циклов замораживания-размораживания, составила несколько недель.
Открытия, связанные с изучением замерзающих на всю зиму лягушек, имеют большое практическое значение. Ученые уверены, что когда-нибудь все лягушачьи хитрости будут ими досконально изучены и найдут свое применение в трансплантологии. Ведь если в конце концов получится замораживать органы так, чтобы они при размораживании не повреждались, то в распоряжении врачей окажется намного больше времени для их дальнейшей пересадки.
На фото — аляскинская лесная лягушка (Rana sylvatica). Каждый сентябрь в лесах и болотах Аляски, Канады и севера США можно наблюдать занимательное зрелище: с наступлением холодов лягушки буквально замораживаются на семь месяцев: лед покрывает тело животного, сердце останавливается, кровь перестает циркулировать, легкие не работают. А с приходом весны лягушки благополучно оттаивают.
Толерантность к замерзанию — удивительное свойство амфибий, живущих в регионах с суровыми зимами. Давно известно о животных, которые могут переживать длительные заморозки (помимо многих беспозвоночных к ним относятся и некоторые позвоночные), но изучать их физиологию начали только сравнительно недавно. У лесной лягушки огромный ареал: она обитает от Аляски и до остальных северных штатов США. Однако отличаются ли северные аляскинские популяции от своих южных собратьев? Группа ученых из Университета Майами в Огайо проверила это экспериментальным путем, замораживая лягушек в лаборатории. Выяснилось, что особи из штата Огайо переходили в замороженное состояние уже при –4°С, в то время как северные продолжали нормальную жизнедеятельность до –16°С. Но и это не предел, ведь известно, что температура зимой опускается ниже –25°С.
На видео показан процесс замерзания и оттаивания аляскинской лесной лягушки
Ученые выяснили, что за способность противостоять холоду ответственны так называемые криопротекторы — растворы жидкостей, понижающие точку замерзания воды. У лягушек криопротекторами служат растворы глюкозы и мочевины. Если криопротекторов нет, замерзающая вода, расширяясь, разрывает клетки и убивает их. Понижение температуры в природе происходит постепенно, и у амфибий есть шанс подготовиться: мочевина начинает накапливаться в тканях, а печень лягушек увеличивается в полтора раза и активно перерабатывает гликоген в глюкозу. Концентрация этих криопротекторов не позволяет замерзнуть всей воде — а аляскинские лесные лягушки способны пережить заморозку вплоть до 65% воды в организме. И действительно, концентрация криопротекторов у северных лесных лягушек оказалась гораздо выше, чем у их южных собратьев.
Стоит отметить, что эти исследования исключительно полезны для человечества, ведь они не только дают возможность понять, как животные выживают в экстремальных условиях, но и открывают новые пути в медицине. Замораживание живых органов и тканей является камнем преткновения на пути развития трансплантологии. Ведь в случае необходимости транспортировки трансплантатов в отдаленные участки земного шара наилучшим методом сохранения их является именно заморозка. Однако пока нет достаточно качественных методов сохранения прижизненного состояния клеток. Возможно, проблема состоит в их большом размере и сложной структурной организации. Но это ученым еще предстоит выяснить.
Вероника Хитяева
Примечание. В интернете ходит вирусное фото замороженной «аляскинской древесной лягушки» (“Alaskan Tree frog”) — см., например, здесь. Мы тоже сначала попались на эту удочку, потому что фото очень симпатичное. На самом деле такого вида — «аляскинская древесная лягушка» — не существует, а на фото — изображение садовой скульптуры. Разоблачения см., например, здесь и здесь.
Биологи установили, что главный фактор, благодаря которому лягушки выживают после зимнего замораживания — это повышенное содержание глюкозы. Данное вещество позволяет удерживать воду в клетках, и оно регулирует солевой баланс. Опыты в лаборатории показали, что тестовые особи накапливали в организме меньше глюкозы, чем дикие лягушки.
«Когда температура воздуха стремительно меняется в весенний период, происходят множественные циклы заморозки и оттаивания, к которым вынуждены адаптироваться лягушки. Такие природные факторы заставляют земноводных быстро вырабатывать глюкозу, которая помогает им противостоять потенциально смертельным последствиям заморозки» , — говорят российские биологи, которые разгадали секреты лягушек.
Почему так важно изучать морозоустойчивость лягушек? Считается, что исследования в этой области помогут созданию новых технологий, которые так необходимы в трансплантологии. Если ученые научатся замораживать человеческие органы без повреждений, то это приведет к великой революции в сфере пересадки донорских органов.
Читайте также: