Armele broaștelor glucozează împotriva înghețului
Congelarea fără a îngheța până la moarte este ceva ce înțeleg nu numai multe insecte și alte animale mici care se târăsc. Unii amfibieni se pot dezgheța, de asemenea, nevătămat dacă o mare parte din fluidul corpului lor s-a înghețat în gheață. Cu toate acestea, conversia metabolismului în consecință costă multă energie - ceea ce poate reduce șansele de supraviețuire și șansele de reproducere. Acesta este rezultatul oamenilor de știință canadieni de la Universitatea Western Ontario din Londra care au studiat broasca de lemn nord-americană (Rana sylvatica), o rudă apropiată a broaștei comune locale (Rana temporaria). Animalele testate au venit dintr-o pădure de lângă Ottawa, unde broaștele pădurii hibernează sub așternutul de frunze. În toiul iernii există de obicei atât de multă zăpadă deasupra încât sunt bine protejate de temperaturile înghețate, chiar dacă aerul se răcește până la minus 30 de grade Celsius în unele nopți.
Este cel mai probabil să se înghețe pentru broaște la sfârșitul toamnei, când a căzut puțină zăpadă și la începutul primăverii, când stratul de zăpadă se topește deja la soare. Este adevărat că temperatura de sub frunze de pe podeaua pădurii scade rar mai mult de câteva grade sub punctul de îngheț. Dar chiar și la minus 1,4 grade devine critic pentru broaște. Când intrați în contact cu gheața, în corpul vostru se pot forma și cristale de gheață. După cum arată măsurătorile continue de temperatură la fața locului, broaștele de pădure care s-au ascuns sub așternutul de frunze îngheață de două până la douăsprezece ori pe parcursul iernii și de obicei se dezgheță din nou după o zi. Cercetătorii care lucrează cu Brent J. Sinclair au simulat aceste faze înghețate în camere mici de plastic care permit analizarea aerului. Când temperatura de acolo s-a scufundat semnificativ sub punctul de îngheț, broasca de lemn din cușcă a expirat brusc mult mai mult dioxid de carbon, așa că și-a crescut drastic cheltuielile de energie („The Journal of Experimental Biology”, vol. 216, p. 292). Nu este de mirare - pentru că de îndată ce primele cristale de gheață se formează în corpul său, broasca începe să descompună glicogenul stocat în ficat.
Glucoza produsă în acest fel pare să acționeze ca un antigel. Îndepărtează apa din țesutul corpului și asigură faptul că mici cristale de gheață cresc numai în afara celulelor, dacă este cazul. Când inima încetează să mai bată și respirația se oprește, metabolismul funcționează doar pe arzătorul din spate, cu o cheltuială minimă de energie prin defalcarea glucozei. Abia atunci când temperatura mediului ambiant crește atât de mult încât broasca pădurii se dezgheță și țesutul său din corp absoarbe din nou apa, metabolismul reîncepe. Acum, glucoza rămasă trebuie transportată înapoi în ficat și depozitată ca glicogen. De asemenea, este important să se repare daunele inevitabile ale pădurii.
La temperaturi peste punctul de îngheț, broaștele se bazează în principal pe tampoanele lor de grăsime pentru a-și menține metabolismul. Dacă iernile devin mai calde în viitor, este de temut că aceste rezerve de grăsime se vor micșora mult mai repede. Animalele slăbite ar trebui să poată investi în mod corespunzător mai puțină energie în producția de descendenți în primăvară. Un climat mai cald, cu mai puțină zăpadă, ar putea însemna, de asemenea, că broaștele pădurii îngheață și se dezgheță mai frecvent în cartierele lor de iarnă. În consecință, dacă trebuie să folosească glucoza ca antigel prea des, rezervele lor de glicogen s-ar putea epuiza prematur.
Iernile extrem de lungi și reci sunt, desigur, o provocare specială. În nordul extrem al ariei lor, broaștele de pădure au trebuit să se adapteze la aceasta. Animalele care sunt acasă în Alaska depun eforturi mult mai mari pentru a se înarma împotriva anotimpului înghețat decât omologii lor din regiunile sudice. Asta au descoperit oamenii de știință care lucrează cu Jon Costanzo de la Universitatea Miami din Oxford (Ohio) când au adus broaște de pădure de diferite origini în camerele lor climatice.
Chiar înainte ca temperaturile să devină înghețate, broaștele de pădure din Alaska acumulau mult mai mult antigel decât animalele de laborator din Ohio. De exemplu, concentrația de uree din sângele lor a crescut de zece ori în loc de doar de trei ori („Jurnalul de biologie experimentală”, vol. 216, p. 3461). Deoarece ureea este produsă atunci când moleculele de proteine se descompun, este abundentă la broaștele de pădure din nordul îndepărtat. Spre deosebire de rudele lor din sud, își reduc masa musculară în timp ce se pregătesc pentru iarna care se apropie. În plus, toamna își topește toate depozitele de grăsime pentru a umple depozitul de glicogen din ficat. Comparativ cu broaștele din Ohio, care își lasă mușchii intacti și își sacrifică doar o parte din rezervele de grăsime, depozitează mai mult de trei ori mai mult glicogen.
Apa abundentă de glicogen ajută apoi la sfidarea unei ambianțe arctice. Dacă broaștele de pădure din Alaska se răcesc treptat atât de mult încât sângele lor se îmbogățește cu glucoză, pot supraviețui la temperaturi de până la minus 16 grade Celsius. Aproximativ două treimi din apa din corp este apoi înghețată. Acest punct este atins mult mai devreme în cazul rudelor din Ohio. Dacă temperatura corpului lor scade sub minus 5 grade, aceste broaște au puține șanse de supraviețuire. Se pot dezgheța fără daune numai după câteva zile în îngheț mai slab. Într-o zi sau două, nivelul zahărului din sânge revine la un nivel normal: glucoza care nu mai este necesară este canalizată înapoi în ficat, unde este transformată în glicogen și mobilizată doar ca antigel la următoarea apăsare a frigului. Cu toate acestea, când broaștele de pădure originare din Alaska se dezgheță, nivelul glicemiei lor scade lent. După cinci zile, au în continuare mai mult de zece ori cantitatea de glucoză din sânge decât aveau înainte de congelator. Probabil că sunt pregătiți să se asigure că pericolul de îngheț nu este evitat atât de repede - la urma urmei, iarna în Alaska durează până la opt luni.