tekenen van Val # 10: Waar gaan de kikkers in de winter heen?

een paar weken geleden vroeg Jane Viti, een van mijn collega ‘ s die les gaven, me wat er zou gebeuren met de twee kikkers die de hele zomer in haar kleine vijver hadden gewoond., Terwijl we spraken over haar kikkers’ uiterlijk, gedrag, en liederen besloot ik dat het noordelijke groene kikkers (Lithobates clamitans melanota), en omdat haar vijver is vrij ondiep en naar verwachting vast te bevriezen in de winter, en ook omdat het is omgeven door een zeer dichte groei van mirte, ik speculeerde dat de groene kikkers (die ofwel onderwater of ondergronds kan overwinteren) zou verlaten van de binnenkort-te-worden-solide vijver en graven een hibernaculum in de bodem onder de beschermende dekking van de mirte. Maar waar deze kikkers zitten was de winter nog maar het begin van dit verhaal., Kikkers zijn ectotherm (ze zijn afhankelijk van de hitte van hun omgeving voor hun lichaamswarmte) en lijken heel kwetsbaar voor vastvriezen in de zeer koude winters van West-Pennsylvania, zelfs als ze onder de grond of onder water waren. Hoe konden ze dit extreme thermische trauma overleven?

in mijn celbiologieklas praat ik over veranderingen die kunnen worden waargenomen in celmembranen in zowel amfibieën (zoals de groene kikker) als reptielen (zoals schildpadden en slangen) als de seizoensgebonden temperaturen beginnen te dalen., Een enzym wordt gestimuleerd dat dubbele bindingen begint toe te voegen aan de vetzuren van het celmembraan fosfolipiden. Dit “desaturase” enzym maakt de veranderde vetzuren meer krom en dus minder in staat om samen te plakken. Dit vermindert het vriespunt (dat gewoonlijk als het “smeltpunt” om wat voor reden) van het cellulaire membraan wordt bedoeld en houdt het membraan “vloeistof” en functioneel bij lagere en lagere temperaturen. Ook voegen amfibieën cholesterol toe aan hun celmembranen, en deze steroïden houden de vetzuren verder tegen klonteren, zelfs bij dalende temperaturen.,

deze veranderingen helpen onze kikker actief te houden bij temperaturen die lager zijn dan optimaal, maar uiteindelijk beginnen temperaturen het vriespunt van water te naderen, en de kikker loopt het risico op cel-en weefselschade door het bevriezen van het water in zijn bloed en cytoplasma.

laten we even nadenken over mensen. Wanneer de huid te lang wordt blootgesteld aan vriestemperaturen, worden cellen vernietigd en treedt “bevriezing” op. Waarom sterven de cellen af?, Ten eerste wordt de bloedtoevoer naar het koude lichaamsdeel beperkt om overmatig warmteverlies van het lichaam te voorkomen (mensen zijn endotherme organismen die de warmte van hun metabolische activiteiten gebruiken om hun lichaamswarmte te genereren en er is slechts zoveel warmte-energie om rond te gaan!). Het gebrek aan bloedstroom in het weefsel betekent dat zuurstof niet meer wordt geleverd en celdood door gebrek aan zuurstof kan optreden. Ook, en misschien van een meer directe zorg, het gebrek aan warm bloed in het weefsel betekent dat de vloeistoffen in het weefsel en in de cellen kan beginnen te bevriezen., Meestal bevriest het interstitiële vocht rond de cellen eerst en deze ijskristallen beginnen eigenlijk water uit de binnenkant van de cellen te trekken. Voor een tijdje deze uitdroging gebeurtenis kan eigenlijk tegenhouden cytoplasmic bevriezing, maar uiteindelijk zal de cel onomkeerbaar beschadigd (dat wil zeggen “gedood”) door ofwel overmatige uitdroging of door de onvermijdelijke bevriezing van zijn cytoplasma.

maar, laten we terug naar onze kikkers: voordat de kikkers worden blootgesteld aan vriestemperaturen ondergaan ze vele fysiologische veranderingen naast de celmembraan veranderingen die ik hierboven vermeld., Hun levers beginnen te synthetiseren en het vrijgeven van grote hoeveelheden glucose (“suiker”) in hun bloed stromen. Deze suikers worden geabsorbeerd door de cellen van het lichaam waardoor het cytoplasma dik en stroperig en in toenemende mate hypertoon aan de surrouding interstitiële vloeistoffen worden. Ook geeft de kikker speciale eiwitten, proteïne-Ice Nucleases (of “PIN ‘ s”) genoemd, af in hun bloedstroom. Deze eiwitten zullen het bevriezen van het water in de bloedstroom stimuleren, wat dan de potentieel dodelijke bevriezing van het water van het cytoplasma in de cellen zal remmen!, Wanneer de kikkers eindelijk worden blootgesteld aan echt vriest de huid en dan bevriest de rest van het lichaam vast (ze zijn als kleine rotsbeelden van kikkers!), maar het bevriezen is voornamelijk beperkt tot het bloed en de vloeistoffen rond de cellen! De vormende ijskristallen in het interstitiële vocht trekken water uit de cellen (net als bij menselijke bevriezing) maar de hoge suikerspiegels in de cellen werken niet alleen als een natuurlijk antivries voor de cel, maar houden ook voldoende water vast zodat de cellen niet uitdrogen tot het punt van de dood!,

terrestrische kikkers (zoals de Amerikaanse pad (Bufo americanus), de houtkikker (Rana sylvatica), de voorjaarskikker (Hyla crucifer), de grijze boomkikker (Hyla versicolor) en de noordelijke groene kikker wanneer deze besluit om op het land te overwinteren) laten zich in principe vastvriezen in hun bodemholen. Houtkikkers en boomkikkers gaan niet eens naar beneden in de grond, maar begraven zichzelf gewoon in stapels bladeren en rijden de maanden van vrieskou uit., Tijdens warme periodes kunnen deze terrestrische overwinteraars zelfs ontdooien en zich verplaatsen, maar ze zullen dan meestal opnieuw bevriezen en zich terug vestigen in hun winterslaap. Ik merkte in verschillende lente en zomer blogs dit jaar het zeer grote aantal grijze boomkikkers in de bomen rond mijn veld en erf. Ik vraag me af of alle bladeren die ik heb laten opstapelen onder mijn bomen (vanwege mijn selectieve blad-harken Beleid) Deze grote wezens voorzien van voldoende Winter habitat om de groei van hun bevolking te bevorderen?,

Waterkikkers (zoals de luipaardkikker (Rana pipens) en de Amerikaanse stierenkikker (Lithobates catesbeianus) en de noordelijke groene kikker wanneer hij besluit te overwinteren in een waterlichaam) brengen de winter door, zo niet bevroren, dan bijna in de nog vloeibare omgeving van hun vijvers of poelen. Ze begraven zich niet in de modder van deze systemen omdat ze door hun huid zuurstof uit het omringende water moeten blijven opnemen., Soms zinken ze naar de bodem van hun poelen of vijvers (ze zijn vrij vast en hebben geen lucht in hun longen) maar ze moeten contact houden met het zuurstofrijke water om te overleven. Ze kunnen ook een beetje zwemmen als ze opwarmen tijdens de slaap in de winter koud. Waterkikkers kunnen overleven door vast te vriezen in ijs, maar ik weet niet hoe lang ze zo kunnen leven. Het gebrek aan zuurstof zou zeker fataal zijn als het ijs-omhulsel te veel weken zou aanhouden.,dus, op de volgende koude herfstnacht als je in je warme huis zit gewikkeld in een Afghaanse of een trui, denk aan de kleine bevroren kikkers buiten die wachten op hun persoonlijke Lente ontdooit te komen.

---