Zeichen des Herbstes #10: Wohin gehen die Frösche im Winter?

Vor ein paar Wochen fragte mich Jane Viti, eine meiner Lehrerkolleginnen, was mit den beiden Fröschen passieren würde, die den ganzen Sommer in ihrem kleinen Hinterhofteich gelebt hatten., Als wir über das Aussehen, das Verhalten und die Lieder ihrer Frösche sprachen, entschied ich, dass es sich um nördliche grüne Frösche (Lithobates clamitans melanota) handeln muss, und da ihr Teich im Winter ziemlich flach ist und voraussichtlich fest gefriert, und auch weil er von einem sehr dichten Myrtenwachstum umgeben ist, spekulierte ich, dass die grünen Frösche (die entweder unter Wasser oder unter der Erde überwintern können) den bald festen Teich verlassen und ein Winterschlaf im Boden unter der schützenden Abdeckung der Myrte graben würden. Aber wo diese Frösche draußen sitzen, war der Winter erst der Anfang dieser Geschichte., Frösche sind ektotherm (sie verlassen sich auf die Wärme ihrer Umgebung für ihre Körperwärme) und scheinen in den sehr kalten Wintern westlicher Pennsylvania ziemlich anfällig für das Einfrieren von Feststoffen zu sein, selbst wenn sie unterirdisch oder unter Wasser wären. Wie konnten sie dieses extreme thermische Trauma überleben?

In meinem Zellbiologiekurs spreche ich über Veränderungen, die sowohl bei Amphibien (wie dem grünen Frosch) als auch bei Reptilien (wie Schildkröten und Schlangen) in Zellmembranen beobachtet werden können, wenn die saisonalen Temperaturen sinken., Es wird ein Enzym stimuliert, das den Fettsäuren der Zellmembranphospholipide Doppelbindungen zufügt. Dieses“ Desaturase “ – Enzym macht die veränderten Fettsäuren krummer und somit weniger in der Lage, zusammenzukleben. Dies reduziert den Gefrierpunkt (der aus irgendeinem Grund normalerweise als „Schmelzpunkt“ bezeichnet wird) der Zellmembran und hält die Membran „flüssig“ und funktionsfähig bei immer niedrigeren Temperaturen. Amphibien fügen ihren Zellmembranen auch Cholesterin hinzu, und diese Steroide verhindern, dass die Fettsäuren auch bei abnehmenden Temperaturen zusammenklumpen.,

Diese Veränderungen tragen dazu bei, unseren Frosch bei Temperaturen aktiv zu halten, die niedriger als optimal sind, aber schließlich nähern sich die Temperaturen dem Gefrierpunkt des Wassers, und der Frosch besteht die Gefahr von Zell-und Gewebeschäden durch das Einfrieren des Wassers in seinem Blut und Zytoplasma.

Nehmen wir uns eine Sekunde Zeit und denken wir an Menschen. Wenn die Haut zu lange Gefriertemperaturen ausgesetzt ist, werden Zellen zerstört und es kommt zu“ Erfrierungen“. Warum sterben die Zellen?, Erstens wird der Blutfluss in den kalten Körperteil eingeschränkt, um einen übermäßigen Körperwärmeverlust zu verhindern (Menschen sind endotherme Organismen, die die Wärme aus ihren Stoffwechselaktivitäten nutzen, um ihre Körperwärme zu erzeugen, und es gibt nur so viel Wärmeenergie!). Der fehlende Blutfluss in das Gewebe bedeutet, dass kein Sauerstoff mehr abgegeben wird und der Zelltod durch Sauerstoffmangel auftreten kann. Auch und vielleicht von einer unmittelbareren Sorge, der Mangel an warmem Blut, das in das Gewebe eindringt, bedeutet, dass die Flüssigkeiten im Gewebe und in seinen Zellen anfangen können einzufrieren., Normalerweise gefriert die interstitielle Flüssigkeit um die Zellen herum zuerst und diese Eiskristalle beginnen tatsächlich, Wasser aus dem Inneren der Zellen zu ziehen. Für eine Weile kann dieses Austrocknungsereignis das Einfrieren des Zytoplasmas tatsächlich aufhalten, aber schließlich wird die Zelle irreversibel geschädigt (dh „getötet“), entweder durch übermäßige Austrocknung oder durch das unvermeidliche Einfrieren ihres Zytoplasmas.

Aber kehren wir zu unseren Fröschen zurück: Bevor die Frösche eisigen Temperaturen ausgesetzt werden, erfahren sie zusätzlich zu den oben aufgeführten Zellmembranveränderungen viele physiologische Veränderungen., Ihre Leber beginnt zu synthetisieren und große Mengen an Glukose („Zucker“) in ihre Blutströme freizusetzen. Diese Zucker werden von den Körperzellen absorbiert, wodurch das Zytoplasma dick und sirupartig und zunehmend hypertonisch zu den umgebenden interstitiellen Flüssigkeiten wird. Auch der Frosch setzt spezielle Proteine, sogenannte Proteineis-Nukleasen (oder „PIN ‚ s“), in ihren Blutkreislauf frei. Diese Proteine stimulieren das Einfrieren des Wassers im Blutstrom, was dann das potenziell tödliche Einfrieren des Wassers des Zytoplasmas in den Zellen hemmt!, Wenn die Frösche endlich wirklich frostigen Temperaturen ausgesetzt sind, gefriert die Haut und dann der Rest des Körpers fest (sie sind wie kleine Felsstatuen von Fröschen!), aber das Einfrieren ist in erster Linie auf das Blut und auf Flüssigkeiten um die Zellen beschränkt! Die sich bildenden Eiskristalle in der interstitiellen Flüssigkeit ziehen Wasser aus den Zellen (genau wie beim Menschen), aber der hohe Zuckergehalt in den Zellen wirkt nicht nur als natürliches Frostschutzmittel für die Zelle, sondern hängt auch an genügend Wasser, damit die Zellen nicht austrocknen bis zum Tod!,

Terrestrische Frösche (wie die amerikanische Kröte (Bufo americanus), der Holzfrosch (Rana sylvatica), der Frühlingsfrosch (Hyla crucifer), der graue Baumfrosch (Hyla versicolor) und der nördliche grüne Frosch, wenn er beschließt, an Land zu überwintern) lassen sich grundsätzlich fest in ihren Bodenverstecken einfrieren. Holzfrösche und Baumfrösche gehen nicht einmal in den Boden, sondern vergraben sich einfach in Laubhaufen und reiten die Monate der eisigen Temperaturen aus., Während der warmen Zauber können diese terrestrischen Winterschlaf sogar auftauen und sich bewegen, aber sie werden in der Regel dann wieder einfrieren und sich wieder in ihren Winterschlaf niederlassen. Ich bemerkte in mehreren Frühjahr und Sommer Blogs in diesem Jahr die sehr große Anzahl von grauen Baum Frösche in den Bäumen um mein Feld und Hof. Ich frage mich, ob sich alle Blätter, die ich unter meinen Bäumen stapeln ließ (wegen meiner selektiven Laubhakenpolitik), diesen großartigen Kreaturen einen ausreichenden Winterlebensraum boten, um das Wachstum ihrer Bevölkerung zu begünstigen?,

Wasserfrösche (wie der Leopardenfrosch (Rana pipens) und der amerikanische Stierfrosch (Lithobates catesbeianus) und der nördliche grüne Frosch, wenn er sich entscheidet, in einem Gewässer zu überwintern) verbringen den Winter, wenn er nicht gefroren ist dann fast so in der noch flüssigen Umgebung ihrer Teiche oder Pools. Sie vergraben sich nicht in den Schlämmen dieser Systeme, weil sie weiterhin Sauerstoff aus dem umgebenden Wasser durch ihre Haut aufnehmen müssen., Manchmal sinken sie auf den Grund ihrer Pools oder Teiche (sie sind ziemlich fest und haben keine Luft in der Lunge), aber sie müssen Kontakt mit dem sauerstoffreichen Wasser halten, um zu überleben. Sie können auch ein bisschen schwimmen, wenn sie sich während der Lulls in der Winterkälte aufwärmen. Wasserfrösche können das Einfrieren von festem Eis überleben, aber ich weiß nicht, wie lange sie so leben können. Der Sauerstoffmangel wäre sicherlich tödlich, wenn die Eisumhüllung zu viele Wochen andauern würde.,

Denken Sie also in der nächsten kalten Herbstnacht, wenn Sie in Ihrem warmen Haus in einen Afghanen oder Pullover gehüllt sitzen, an die kleinen gefrorenen Frösche draußen, die darauf warten, dass ihr persönliches Frühlingstauwetter kommt.

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