tecken på Fall # 10: Var går grodorna på vintern?

För några veckor sedan frågade Jane Viti, en av mina lärare, mig vad som skulle hända med de två grodor som hade bott i hennes lilla bakgård damm hela sommaren., Som vi pratade om hennes grodor ” utseende, beteende, och låtar som jag har beslutat att de måste vara Norra gröna grodor (Lithobates clamitans melanota), och eftersom hennes dammen är ganska grunt och förväntas att frysa fast under vintern, och också eftersom den är omgiven av en mycket tät tillväxt av myrten, och jag spekulerade i att den gröna grodor (som kan övervintra under vatten eller under marken) skulle lämna den snart-till-vara-fast damm och gräva en hibernaculum i marken under skyddslocket av myrten. Men där dessa grodor sitter ute på vintern var bara början på den här historien., Grodor är ectotermic (de är beroende av värmen i sin miljö för sin kroppsvärme) och verkar ganska sårbara för att frysa fast i de mycket kalla vintrarna i västra Pennsylvania även om de var underjordiska eller under vattnet. Hur kunde de överleva detta extrema termiska trauma?

i min Cellbiologiklass talar jag om förändringar som kan ses i cellmembran i både amfibier (som den gröna grodan) och reptiler (som sköldpaddor och ormar) när säsongstemperaturer börjar falla., Ett enzym stimuleras som börjar tillsätta dubbla bindningar till fettsyrorna i cellmembranet fosfolipider. Detta ”desaturas” enzym gör de förändrade fettsyrorna mer krokiga och därmed mindre kunna hålla ihop. Detta minskar fryspunkten (som vanligtvis kallas ”smältpunkten” av någon anledning) hos det cellulära membranet och håller membranet ”vätska” och funktionellt vid lägre och lägre temperaturer. Amfibier lägger också kolesterol till sina cellmembran, och dessa steroider håller ytterligare fettsyrorna från att klumpas ihop även vid minskande temperaturer.,

dessa förändringar bidrar till att hålla vår groda aktiv vid temperaturer som är lägre än optimala, men så småningom börjar temperaturerna närma sig fryspunkten för vatten, och grodan riskerar cell-och vävnadsskador från frysning av vattnet i blodet och cytoplasman.

låt oss ta en sekund och tänka på människor. När huden utsätts för lång för frystemperaturer förstörs cellerna och” frostbit ” uppstår. Varför dör cellerna?, För det första begränsas blodflödet till den kalla kroppsdelen för att förhindra överdriven kroppsvärmeförlust (människor är endoterma organismer som använder värmen från sina metaboliska aktiviteter för att generera sin kroppsvärme och det finns bara så mycket värmeenergi att gå runt!). Bristen på blodflöde i vävnaden innebär att syre inte längre levereras och celldöd från brist på syre kan uppstå. Också, och kanske av en mer omedelbar oro, innebär bristen på varmt blod som kommer in i vävnaden att vätskorna i vävnaden och i dess celler kan börja frysa., Vanligtvis fryser interstitialvätskan runt cellerna först och dessa iskristaller börjar faktiskt dra vatten ut ur insidan av cellerna. För ett tag kan denna dehydreringshändelse faktiskt hålla av cytoplasmatisk frysning, men så småningom kommer cellen att vara irreversibelt skadad (dvs ”dödad”) genom antingen överdriven uttorkning eller genom den oundvikliga frysningen av cytoplasman.

men låt oss komma tillbaka till våra grodor: innan grodorna utsätts för frystemperaturer genomgår de många fysiologiska förändringar utöver de cellmembranförändringar som jag listade ovan., Deras lever börjar syntetisera och släppa ut stora mängder glukos (”socker”) i sina blodströmmar. Dessa sockerarter absorberas av kroppens celler, vilket gör att cytoplasman blir tjock och sirapig och alltmer hypertonisk till de omgivande interstitiella vätskorna. Även grodan släpper ut speciella proteiner som kallas Protein iskärnor (eller” PIN ’s”) i deras blodström. Dessa proteiner kommer att stimulera frysning av vattnet i blodflödet som sedan kommer att hämma den potentiellt dödliga frysning av vattnet i cytoplasman inuti cellerna!, När grodorna slutligen utsätts för verkligt frysande temperaturer huden och sedan resten av kroppen fryser fast (de är som små berg statyer av grodor!), men frysningen är i första hand begränsad till blodet och till vätskor runt cellerna! De formande iskristallerna i den interstitiella vätskan drar vatten ut ur cellerna (precis som i mänsklig frostbit) men de höga nivåerna av socker inuti cellerna fungerar inte bara som en naturlig frostskyddsmedel för cellen utan hänger också på tillräckligt med vatten så att cellerna inte torkar till dödspunkten!,

Mark grodor (som den amerikanska paddan (Bufo americanus), Trä grodan (Rana sylvatica), våren peeper (Hyla crucifer), den grå trädgrodan (Hyla versicolor) och den nordgröna grodan när den bestämmer sig för att övervintra på land) i princip låta sig frysa fast i sina mark gömställen. Trä Grodor och träd grodor inte ens gå ner i marken men bara begrava sig i högar av löv och rida ut månaderna av frystemperaturer., Under varma stavar kan dessa markbundna viloläge till och med Tina ut och flytta runt, men de kommer vanligtvis att frysa igen och bosätta sig tillbaka i sina vinter slumrar. Jag noterade i flera vår-och sommarbloggar i år det mycket stora antalet grå träd grodor i träden runt mitt fält och gård. Jag undrar om alla löv som jag har låtit stapla upp under mina träd (På grund av min selektiva blad-raking politik) förutsatt att dessa stora varelser med tillräcklig vinter livsmiljö för att gynna tillväxten av deras befolkning?,

vattenlevande grodor (som leopardgrodan (Rana pipens) och den amerikanska bullfrog (Lithobates catesbeianus) och den nordliga gröna grodan när den bestämmer sig för att övervintra i en vattensamling) tillbringar vintern om inte fryst då nästan så i den fortfarande flytande miljön i sina dammar eller pooler. De begraver sig inte i lera i dessa system eftersom de måste fortsätta att hämta syre från det omgivande vattnet genom huden., Ibland sjunker de till botten av sina pooler eller dammar (de är ganska fasta och har ingen luft i lungorna) men de måste hålla kontakt med det syrerika vattnet för att överleva. De kan också simma lite när de värmer upp under lulls i vinterkylan. Vattengrodor kan överleva iskallt fast i IS, men jag vet inte hur länge de kan leva så. Bristen på syre skulle säkert vara dödlig om isen-encasement kvarstod i alltför många veckor.,

så, på nästa kalla höstnatt när du sitter i ditt varma hus inslaget i en afghan eller en tröja, ge en tanke till de små frusna grodorna utanför som väntar på att deras personliga Vårtandar ska komma.

---