Co robią zwierzęta, by nie zamarznąć w zimie? Zaskakujące metody

Rzekotka drzewna jest jednym z najczęściej badanych zwierząt na Ziemi, które zamarzają. Kiedy temperatury spadają jesienią, wtula się w liście i pozwala, aby zimno przejęło jej ciało. Pozwala na zamarznięcie serca, mózgu i wszystkich innych organów. Ale nie jest to jedyny gatunek, który zasadniczo umiera, a następnie wraca do życia.

Tysiące larw owadów zamarza i rozmarza, a niektóre poruszają się tam i z powrotem każdego dnia w zależności od pogody. Młode żółwie błotne również potrafią zamarznąć.

Rzekotka drzewna zamarza jak kamień. Najpierw lód przenika jej skórę, później dociera do żył i tętnic. Gdy zamarza mózg, lód popycha krew do serca, aż w końcu staje się całkowicie twarda.

Przejście przez taki proces wymaga poważnych zmian w biochemii. Cząsteczki mikroRNA żaby (miRNA) reorganizują komórki, aby chronić je przed uszkodzeniem. Następnie powoli lód tworzy się wokół zewnętrznej ściany narządów i komórek. W tym samym czasie wątroba żaby pompuje niesamowite ilości glukozy (syropowatego płynu, który działa jak środek przeciw zamarzaniu dla ważnych narządów), która przenika wszędzie, w tym do wnętrza komórek, aby zapobiec ich kurczeniu się i umieraniu.

Ale to nie jedyny sposób, w jaki zwierzęta wpadają w hibernację. Według nowych badań opublikowanych w Science of the Total Environment, młode żółwie błotne wchodzą w hibernację, ponieważ mikroRNA reorganizuje ich metabolizm w sposób, który wymaga znacznie mniej glukozy niż u żab drzewnych. Jako dorośli hibernują w błocie, gdzie mogą przetrwać do czterech miesięcy bez oddychania.

Lód potrzebuje czegoś, wokół czego może się utworzyć, czyli tzw. czynnika zarodkującego. Może być tak mały, jak pyłek kurzu lub cząsteczka cholesterolu. Jeśli owad lub zwierzę może zapobiec tworzeniu się kryształków lodu, ich zmrożona krew pozostanie płynna.

Jest to jednak trudne. Poza ściśle kontrolowanymi warunkami z laboratorium nasz świat jest pełen czynników zarodkujących.

Wykazano jednak, że arktyczna wiewiórka lądowa radzi sobie z tym problemem, eliminując wszystkie potencjalne jądra do tworzenia kryształów. Nie oznacza to, że nie wchodzi w stan hibernacji i wychładza się do skrajności. Jeśli jednak do organizmu wiewiórki dostanie się jakiś inwazyjny czynnik zarodkujący, zamieni jej organizm w sopel lodu, który nie powróci już do życia.

Jest to powód, dla którego wiele gatunków żyjących w zimnym klimacie rozwinęło białka lub cukry, aby obniżyć temperaturę zamarzania krwi, umożliwiając im znaczny spadek bez tworzenia lodu. Niektóre gatunki ryb morskich mają białka przeciw zamarzaniu, podczas gdy wiele owadów używa cukru.

Różne owady opracowały różne sposoby osiągnięcia tego samego celu. Larwy złotej różdżki (Eurosta solidaginis - gatunek muchy) zamarzają zimą, gdy temperatura spada poniżej zera, i topnieją po rozgrzaniu, nawet w ciągu 24 godzin.

Larwy te wykorzystują cukier, podobnie jak żaba drzewna, aby chronić swoje komórki przed szkodliwym działaniem ujemnych temperatur.

Niesporczaki, mikroskopijne bezkręgowce znalezione w najbardziej ekstremalnych środowiskach na Ziemi, odkryły sprytny sposób zapobiegania zamarzaniu wody w swoich komórkach. Po prostu się jej pozbywają.

Ludzie nie mogą tego zrobić. Jeśli człowiek straci nawet 5% wody, umrze. Niesporczaki z kolei mogą oddzielić od swoich komórek wodę, aż wyschną prawie całkowicie. Ich mózgi wyłączają się, osiem nóg cofa się i dzięki temu stają się niewrażliwe na zimno.

Żaby drzewne i inne zwierzęta, które są w stanie przetrwać ekstremalne warunki w przyrodzie, mają wiele zastosowań w medycynie, szczególnie w świecie przeszczepów narządów. Przykładowo ludzkie serce może przetrwać poza ciałem tylko przez około cztery godziny. Ten ograniczony czas stwarza ograniczenia logistyczne.

By go wydłużyć, naukowcy próbują zastosować substancje pozyskane od żab drzewnych wraz z dużą ilością glukozy i zamrozić całą wątrobę, serce lub inny narząd. W ten sposób chcą wprawić go w stan hibernacji a potem bezpiecznie ożywić, aby go przeszczepić. 

źródło: nationalgeographic