Segni di caduta #10: Dove vanno le rane in inverno?

Qualche settimana fa Jane Viti, una delle mie colleghe di insegnamento, mi ha chiesto cosa sarebbe successo alle due rane che avevano vissuto nel suo piccolo laghetto nel cortile per tutta l’estate., Come avevamo parlato di rane aspetto, il comportamento, e le canzoni che ho deciso che non deve essere del Nord rane verdi (Lithobates clamitans melanota), e dal suo stagno è molto bassa e dovrebbe congelare solido durante l’inverno, e anche perché è circondata da una fitta crescita del mirto, ho ipotizzato che le rane verdi (che può hibernate sott’acqua o in metropolitana) potrebbe lasciare il presto-a-essere-tinta stagno e scavare un hibernaculum nel terreno sotto la copertura di protezione del mirto. Ma dove queste rane si siedono fuori l’inverno era solo l’inizio di questa storia., Le rane sono ectotermiche (si affidano al calore del loro ambiente per il calore del loro corpo) e sembrerebbero abbastanza vulnerabili al congelamento solido negli inverni molto freddi della Pennsylvania occidentale, anche se fossero sottoterra o sott’acqua. Come hanno potuto sopravvivere a questo estremo trauma termico?

Nella mia classe di biologia cellulare parlo di cambiamenti che possono essere visti nelle membrane cellulari sia negli anfibi (come la rana verde) che nei rettili (come tartarughe e serpenti) mentre le temperature stagionali iniziano a scendere., Viene stimolato un enzima che inizia ad aggiungere doppi legami agli acidi grassi dei fosfolipidi della membrana cellulare. Questo enzima “desaturasi” rende gli acidi grassi alterati più storti e quindi meno in grado di aderire. Questo riduce il punto di congelamento (che di solito indicato come il “punto di fusione” per qualche motivo) della membrana cellulare e mantiene la membrana “fluida” e funzionale a temperature sempre più basse. Inoltre, gli anfibi aggiungono colesterolo alle loro membrane cellulari e questi steroidi mantengono ulteriormente gli acidi grassi dall’aggregazione anche a temperature decrescenti.,

Questi cambiamenti aiutano a mantenere la nostra rana attiva a temperature inferiori a quelle ottimali, ma alla fine le temperature iniziano ad avvicinarsi al punto di congelamento dell’acqua e la rana è a rischio di danni alle cellule e ai tessuti dal congelamento dell’acqua nel suo sangue e nel citoplasma.

Prendiamo un secondo e pensiamo alle persone. Quando la pelle è esposta troppo a lungo a temperature di congelamento, le cellule vengono distrutte e si verifica il” congelamento”. Perché le cellule muoiono?, In primo luogo, il flusso di sangue nella parte fredda del corpo è ridotto al fine di prevenire un’eccessiva perdita di calore corporeo (gli esseri umani sono organismi endotermici che usano il calore dalle loro attività metaboliche per generare il loro calore corporeo e c’è solo tanta energia termica per andare in giro!). La mancanza di flusso sanguigno nel tessuto significa che l’ossigeno non viene più erogato e può verificarsi la morte cellulare per mancanza di ossigeno. Inoltre, e forse di una preoccupazione più immediata, la mancanza di sangue caldo che entra nel tessuto significa che i fluidi nel tessuto e nelle sue cellule possono iniziare a congelarsi., Di solito il liquido interstiziale attorno alle cellule si congela per primo e questi cristalli di ghiaccio iniziano effettivamente a estrarre l’acqua dall’interno delle cellule. Per un po ‘ questo evento di disidratazione può effettivamente tenere a bada il congelamento citoplasmatico, ma alla fine la cellula sarà irreversibilmente danneggiata (cioè “uccisa”) da un’eccessiva disidratazione o dall’inevitabile congelamento del suo citoplasma.

Ma torniamo alle nostre rane: prima che le rane siano esposte a temperature di congelamento subiscono molti cambiamenti fisiologici oltre ai cambiamenti della membrana cellulare che ho elencato sopra., I loro fegati iniziano a sintetizzare e rilasciare grandi quantità di glucosio (“zucchero”) nei loro flussi di sangue. Questi zuccheri vengono assorbiti dalle cellule del corpo causando il citoplasma a diventare denso e sciropposo e sempre più ipertonico ai fluidi interstiziali circostanti. Anche la rana rilascia proteine speciali chiamate nucleasi di ghiaccio proteico (o” PIN”) nel loro flusso sanguigno. Queste proteine stimoleranno il congelamento dell’acqua nel flusso sanguigno che quindi inibirà il congelamento potenzialmente letale dell’acqua del citoplasma all’interno delle cellule!, Quando le rane sono finalmente esposte a temperature veramente gelide la pelle e poi il resto del corpo si congela solido (sono come piccole statue di roccia di rane!), ma il congelamento è principalmente limitato al sangue e ai fluidi intorno alle cellule! I cristalli di ghiaccio formanti nel liquido interstiziale attingono acqua dalle cellule (proprio come nel congelamento umano) ma gli alti livelli di zucchero all’interno delle cellule non solo fungono da antigelo naturale per la cellula, ma si aggrappano anche a abbastanza acqua in modo che le cellule non si disidratino fino al punto di morte!,

Le rane terrestri (come il rospo americano (Bufo americanus), la rana di legno (Rana sylvatica), il guardone primaverile (Hyla crucifer), la rana grigia (Hyla versicolor) e la rana verde settentrionale quando decide di ibernare sulla terra) si lasciano sostanzialmente congelare solido nei loro nascondigli del suolo. Le rane di legno e le rane degli alberi non scendono nemmeno nel terreno ma si seppelliscono in mucchi di foglie e cavalcano i mesi di temperature gelide., Durante gli incantesimi caldi questi ibernatori terrestri possono persino scongelarsi e muoversi, ma in genere si congelano nuovamente e si sistemano nei loro dormienti invernali. Ho notato in diversi blog primaverili ed estivi quest’anno il gran numero di rane grigie sugli alberi intorno al mio campo e cortile. Mi chiedo se tutte le foglie che ho lasciato accumularsi sotto i miei alberi (a causa delle mie politiche selettive di rastrellamento delle foglie) abbiano fornito a queste grandi creature un habitat invernale sufficiente per favorire la crescita della loro popolazione?,

Le rane acquatiche (come la Rana leopardo (Rana pipens) e la rana toro americana (Lithobates catesbeianus) e la rana verde settentrionale quando decide di svernare in uno specchio d’acqua) trascorrono l’inverno se non sono congelate quindi quasi così nell’ambiente ancora liquido dei loro stagni o piscine. Non si seppelliscono nei fanghi di questi sistemi perché devono continuare a raccogliere ossigeno dall’acqua circostante attraverso la loro pelle., A volte affondano sul fondo delle loro piscine o stagni (sono abbastanza solidi e non hanno aria nei polmoni) ma devono mantenere il contatto con l’acqua ricca di ossigeno per sopravvivere. Possono anche nuotare un po ‘ quando si riscaldano durante le pause nel freddo invernale. Le rane acquatiche possono sopravvivere al congelamento solido nel ghiaccio, ma non lo so per quanto tempo possono vivere in quel modo. La mancanza di ossigeno sarebbe sicuramente fatale se l’involucro di ghiaccio persistesse per troppe settimane.,

Quindi, la prossima notte fredda di autunno mentre ti siedi nella tua calda casa avvolta in un afgano o in un maglione, dai un pensiero alle piccole rane congelate fuori che aspettano i loro disgeli primaverili personali.

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