oznaki jesieni #10: dokąd idą żaby zimą?

kilka tygodni temu Jane Viti, jedna z moich koleżanek, zapytała mnie, co się stanie z dwiema żabami, które przez całe lato mieszkały w jej małym, przydomowym stawie., Kiedy rozmawialiśmy o wyglądzie, zachowaniu i piosenkach żab, zdecydowałem, że muszą to być Północne żaby zielone (Lithobates clamitans melanota), a ponieważ jej staw jest dość płytki i oczekuje się, że zamarznie na zimę, a także dlatego, że jest otoczony bardzo gęstym wzrostem mirtu, spekulowałem, że żaby zielone (które mogą hibernować pod wodą lub pod ziemią) opuszczą wkrótce stały staw i kopią hibernaculum w glebie pod osłoną mirtu. Ale gdzie te żaby siedzą na zimie to dopiero początek tej historii., Żaby są ektotermiczne (polegają na cieple swojego środowiska dla ciepła ciała) i wydają się dość podatne na zamarzanie w bardzo mroźne zimy zachodniej Pensylwanii, nawet jeśli były pod ziemią lub pod wodą. Jak mogli przetrwać ten ekstremalny uraz termiczny?

na zajęciach Biologii Komórki opowiadam o zmianach, jakie można zaobserwować w błonach komórkowych zarówno u płazów (jak zielona żaba), jak i u gadów (jak żółwie i węże), gdy temperatura sezonowa zaczyna spadać., Stymulowany jest enzym, który zaczyna dodawać podwójne wiązania do kwasów tłuszczowych fosfolipidów błony komórkowej. Ten enzym „desaturaza” sprawia, że zmienione kwasy tłuszczowe są bardziej krzywe, a tym samym mniej zdolne do sklejania się. Zmniejsza to temperaturę zamarzania (która zwykle określana jako „temperatura topnienia” z jakiegoś powodu) błony komórkowej i utrzymuje błonę „płynną” i funkcjonalną w niższych i niższych temperaturach. Ponadto Płazy dodają cholesterol do błon komórkowych, a te steroidy dodatkowo zapobiegają zbrylaniu się kwasów tłuszczowych nawet w obniżających się temperaturach.,

zmiany te pomagają utrzymać naszą żabę w temperaturach niższych niż optymalne, ale w końcu temperatury zaczynają zbliżać się do punktu zamarzania wody, a żaba jest zagrożona uszkodzeniem komórek i tkanek wskutek zamarzania wody w jej krwi i cytoplazmie.

poświęćmy chwilę i pomyślmy o ludziach. Gdy skóra jest zbyt długo narażona na działanie temperatur zamarzania, komórki są niszczone i dochodzi do” odmrożeń”. Dlaczego komórki umierają?, Po pierwsze, przepływ krwi do zimnej części ciała jest ograniczony, aby zapobiec nadmiernej utracie ciepła ciała (ludzie są organizmami endotermicznymi, które wykorzystują ciepło z ich aktywności metabolicznej do generowania ciepła ciała i jest tylko tyle energii cieplnej, aby przejść wokół!). Brak przepływu krwi do tkanki oznacza, że tlen nie jest już dostarczany i może wystąpić śmierć komórek z braku tlenu. Ponadto, a może bardziej bezpośredni problem, brak ciepłej krwi wchodzącej do tkanki oznacza, że płyny w tkance iw jej komórkach mogą zacząć zamarzać., Zazwyczaj płyn śródmiąższowy wokół komórek najpierw zamarza, a te kryształy lodu faktycznie zaczynają wyciągać wodę z wnętrza komórek. Przez jakiś czas to odwodnienie może faktycznie wstrzymać zamrażanie cytoplazmy, ale ostatecznie komórka zostanie nieodwracalnie uszkodzona (tj. „zabita”) przez nadmierne odwodnienie lub nieuniknione zamrożenie cytoplazmy.

ale wróćmy do naszych żab: zanim żaby są narażone na działanie mrozów, przechodzą wiele zmian fizjologicznych, oprócz zmian błony komórkowej, które wymieniłem powyżej., Ich wątroby zaczynają syntetyzować i uwalniać duże ilości glukozy („cukru”) do ich strumieni krwi. Cukry te są wchłaniane przez komórki organizmu, powodując, że cytoplazma staje się gęsta i syropowata i coraz bardziej hipertoniczna do otaczających płynów śródmiąższowych. Również żaba uwalnia specjalne białka zwane Nukleazami lodu białkowego (lub” PIN 's”) do ich krwiobiegu. Białka te stymulują zamrażanie wody w krwiobiegu, co następnie hamuje potencjalnie śmiertelne zamrażanie wody cytoplazmy wewnątrz komórek!, Kiedy żaby są w końcu narażone na prawdziwie zamarzające temperatury, skóra, a następnie reszta ciała zamarza na stałe (są jak małe skalne posągi żab!), ale zamrażanie ogranicza się przede wszystkim do krwi i płynów wokół komórek! Tworzące się kryształy lodu w płynie śródmiąższowym pobierają wodę z komórek (podobnie jak w ludzkim odmrożeniu), ale wysoki poziom cukru wewnątrz komórek działa nie tylko jako naturalny środek przeciw zamarzaniu dla komórki, ale także utrzymuje się na wystarczającej ilości wody, aby komórki nie odwodniły się do śmierci!,

żaby lądowe (takie jak ropucha Amerykańska (Bufo americanus), żaba leśna (Rana sylvatica), podglądacz wiosenny (Hyla crucifer), żaba szara (Hyla versicolor) i żaba Zielona Północna, gdy decyduje się hibernować na lądzie) w zasadzie pozwalają sobie zamrozić na stałe w swoich kryjówkach glebowych. Żaby drzewne i żaby drzewne nawet nie schodzą do gleby, ale po prostu zakopują się w stosach liści i odlatują miesiące mroźnych temperatur., Podczas ciepłych zaklęć te ziemskie hibernatory mogą nawet rozmrozić się i poruszać, ale zazwyczaj zamarzają i wracają do swoich zimowych drzemek. Zauważyłam w tym roku na kilku wiosennych i letnich blogach bardzo dużą liczbę szarych żab drzewiastych na drzewach wokół mojego pola i podwórka. Zastanawiam się, czy wszystkie liście, które pozwalam piętrzyć pod moimi drzewami (z powodu mojej selektywnej polityki grabienia liści) zapewniły tym wielkim stworzeniom wystarczającą ilość zimowego siedliska, aby sprzyjać wzrostowi ich populacji?,

żaby wodne (jak żaba lamparta (Rana pipens) i Byk Amerykański (Lithobates catesbeianus) i Północna żaba Zielona, gdy decyduje się zimować w zbiorniku wodnym) spędzają zimę, jeśli nie zamarznie, to prawie tak w wciąż płynnym środowisku swoich stawów lub basenów. Nie zakopują się w błocie tych systemów, ponieważ muszą kontynuować pobieranie tlenu z otaczającej wody przez skórę., Czasami opadają na dno swoich basenów lub stawów (są dość solidne i nie mają powietrza w płucach), ale muszą utrzymywać kontakt z wodą bogatą w tlen, aby przetrwać. Mogą też pływać nieco, gdy rozgrzewają się podczas zimowego mrozu. Wodne żaby mogą przetrwać zamarzanie w lodzie, ale nie wiem, jak długo mogą w ten sposób żyć. Brak tlenu z pewnością byłby śmiertelny, gdyby obudowa lodowa utrzymywała się przez zbyt wiele tygodni.,

Tak więc, w następną zimną jesienną noc, siedząc w ciepłym domu owiniętym afgańczykiem lub swetrem, pomyśl o małych zamarzniętych żabkach Na Zewnątrz, które czekają na swoje osobiste wiosenne odwilże.

---