Лягушки когда замерзает лед

Сердце лягушки зимой останавливается.

Как зимуют лягушки? Сердце лягушки останавливается и запускается вновь весной.

Rana sylvatica — древесная лягушка зимует на Аляске так: она замерзает зимой до такой степени, что становится похожа на ледышку. Находясь в замороженном состоянии, лягушка не дышит, сердце лягушки и ее кровообращение останавливаются, она не может двигаться. 1 Однако с наступлением весны лягушка «оттаивает» и возвращается к нормальной жизни. Весьма маловероятно, что такое умение могло развиться спонтанно, по стечению обстоятельств. Для того чтобы заставить сердце лягушки и ее системы снова функционировать, необходимо задействовать чрезвычайно сложную генетическую программу.

Взрослая особь древесной лягушки, которая в длину достигает всего около 8 см, имеет необычную окраску головы, напоминающую черную маску. Такие лягушки обитают в Канаде и Соединенных Штатах Америки – от Аляски до Алабамы 2 . На Аляске древесные лягушки живут в самых разнообразных условиях – на пастбищах, в лесах, торфяных болотах 3 и тундре 4 . Древесная лягушка – одна из трех видов лягушек, обитающих за Северным полярным кругом.

Температура тела этого холоднокровного земноводного стремится к температуре окружающей его среды, что характерно для амфибий. 5

Лето в национальном парке «Денали», расположенном в самом центре Аляски, – теплое и приятное время года. Это прекрасная среда обитания для древесных лягушек, ведь там много насекомых, которыми они питаются. Однако зимы в этом районе Аляски невероятно суровы: средняя температура января вблизи административного здания национального парка «Денали» достигает –17°C, самая низкая температура составила –48°C. 6

Как зимуют лягушки?

Обитающие здесь животные по-разному переживают такие чрезвычайно холодные зимы. Большинство птиц мигрирует в страны с более теплым климатом. Другие животные передвигаются по территории парка, поскольку их тело обладает достаточной теплоизоляцией, защищающей от замерзания. Однако древесная лягушка не избегает холодов и не борется с ними, лягушка зимой остается дома. Еще до прихода зимы ее печень запасается глюкозой. Когда древесная лягушка начинает замерзать, печень выпускает в кровоток большое количество глюкозы 7 , большая часть которой поступает в клетки тела лягушки и играет роль своеобразного антифриза, предотвращая их замерзание. 8

Подготовив свое сердце и все тело к зиме, лягушка находит в земле небольшое чашеобразное углубление, оставшееся от корневища какого-либо растения, для обеспечения теплоизоляции, выстилая его поверхность сухой травой и веточками. Затем лягушка зарывается в свое укрытие и впадает в зимнюю спячку. Снег, покрывающий эту «берлогу», обеспечивает дополнительную теплоизоляцию и защищает зимой лягушку от чрезвычайно низкой температуры. 9

У лягушки зимой около 35–45% жидкости в теле замерзает 10 . Этот внеклеточный лед, в основном, содержится под кожей и между мышцами 1 . Благодаря этому лягушка становится твердой, как кусок льда! Большинство таких лягушек-ледышек переживают зиму на Аляске в норках, на уровне земной поверхности. 11

С приходом весны древесная лягушка заканчивает свое поистине удивительное превращение. Всего за несколько часов замороженное тело лягушки оживает: восстанавливаются нормальное дыхание, сердцебиение, кровообращение, а также работа мозга и всех функциональных систем. Лягушка снова может двигаться, прыгать и спариваться. 12

Некоторые приверженцы теории эволюции заявляют, что древесная лягушка – загадка природы – своеобразный Рип Ван Винкль животного мира. 13

Необычайная способность древесной лягушки восстанавливаться после замерзания заставляет некоторых ученых верить в то, что и человеческий организм или, по крайней мере, отдельные его органы можно замораживать, а затем возвращать к жизни. 13 Возможно это или нет – мы увидим в будущем.

Генетическая программа древесной лягушки была создана таким образом, чтобы позволить ей успешно существовать в условиях экстремального климата. Без своей способности «оттаивать» древесная лягушка не смогла бы обитать в этом регионе. Ученые обнаружили несколько способов, посредством которых древесная лягушка выполняет этот необыкновенный «трюк». 14

Некоторые детали: сотворенный вид лягушек и морозоустойчивость

Существует несколько видов лягушек, способных переносить низкую температуру. Это происходит благодаря одному уникальному гену, отвечающему за кодирование белка из 390 аминокислот, обнаруженному в печени Rana sylvatica (лесная лягушка), Pseudacris crucifer (прибережная квакша) и Hyla versicolor (изменчивая квакша). Лягушки, не способные переносить морозы, этого гена не имеют. 1 Морозоустойчивые виды лягушек происходят из двух различных семейств – Hylidae (древесные лягушки) и Ranidae (настоящие лягушки) из подотряда Neobatrachia отряда Anura (бесхвостые земноводные) 2 . Однако большинство представителей данных семейств не способно к выживанию при низких температурах.

Как это характеризует первую лягушку, сотворенную около шести тысяч лет назад? Существовал ли один изначально «сотворенный род» лягушек, представленный сегодня подотрядом Neobatrachia, из которого возникли современные морозоустойчивые виды лягушек, и значит ли это, что остальные представители семейства утратили эту способность? Это возможно. Факт гибридизации многих видов лягушек позволяет нам предполагать, что «сотворенный род» лягушек находится на уровне семейства или даже более высоком уровне.

Все лягушки обладают чрезвычайным сходством, что затрудняет их классификацию. По словам некоторых исследователей, «все лягушки характеризуются ограниченной морфологической вариативностью» . 3 Нечеткий характер сходных элементов во многих семействах лягушек подотряда Neobatrachia объясняет наличие нескольких различных систем их классификации. В одной статье о лягушках было отмечено: «Взаимосвязи между семействами лягушек все еще находятся под вопросом» . 4

Возможно, разнообразие современных видов лягушек обусловлено тем, что некоторые их виды выжили за пределами Ноевого ковчега, о чем свидетельствует обширная география обитания семейств лягушек на планете.

Примечания и комментарии:

1. Дж. Д. МакНелли. Гены резистентности к замерзанию в печени устойчивой к заморозкам древесной лягушки Rana sylvatica, Biochim. Biophys. Acta 1625(2):183–191, 2003.
2. Общепринятая система классификации представлена на сайте , хотя подобные системы значительно варьируются.
3. С. Хоэгг. Филогенез и сравнительные нормы замещения у лягушек на основании последовательности трех ядерных генов. Молекулярная биология и эволюция21(7):1188–1200.
4. Лягушка. , 6 сентября 2006.

Ссылки и примечания

1. Древесная лягушка. , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
2. Древесная лягушка, Rana sylvatica. Геологическое обозрение США. Центр исследования дикой природы степей северной части США. , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
3. Торфяное болото – это топь или болотистая почва, сформированная путем накопления торфяного мха и гнили, образующей торфяник. Вернуться к тексту.
4. К. Бродерсон. Лягушки и жабы. Отделение по проблемам охоты и рыболовства на Аляске , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
5. Энциклопедия животного мира Гржимека, 2е издание, том 6, Амфибии, под редакцией М. Хатчинса, В.Е.Дуэлмана и Н. Шлагера. Гейл Групп, Мичиган, США. Стр. 63, 2003. Вернуться к тексту.
6. Справочный материал по заповеднику «Денали» за 2005 год. Национальный парк и заповедник «Денали». Министерство внутренних дел США. , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
7. Древесная лягушка Rana sylvatica, Полярная жизнь Канады. Животные. Арктические амфибии. , 25 октября 2005. Вернуться к тексту.
8. Ссылка 2. Без «антифриза» формировались бы кристаллы льда, что повредило бы клетки организма лягушки и привело к ее смерти. Замерзание конечностей тела человека приводит к обморожению и приводит к отмиранию пораженных тканей. Вернуться к тексту.
9. Ссылка 4. Вернуться к тексту.
10. К. Кил Rana sylvatica, Многообразие животных. Зоологический музей университета штата Мичиган. , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
11. Ссылка 4. Вернуться к тексту.
12. Древесная лягушка. Программа изучения лягушек. Министерство по вопросам окружающей среды. Правительство провинции Британская Колумбия , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.
13. Е. Свобода. Пробуждение после смертельного сна. Журнал Discover26(2):20¬21 февраля 2005. Вернуться к тексту.
14. Кв. Кай и К. Б. Стори. Гены резистентности к замерзанию у древесной лягушки (Rana sylvatica): повышенная регуляция фибриногена при замерзании и дегидрации. Интернет-журнал прикладной физиологии , 21 октября 2005. Вернуться к тексту.

Источник

Категории статей

Ученые ставят диагноз планете

Cтолько углекислого газа, как сейчас, в атмосфере не было последние 2 млн лет, метана и закиси азота — 800 тыс. лет. Далее

Природный регулятор температуры колибри

Учитывая огромную скорость и частоту крыльев, птицы должны нагреваться до температур, несовместимых с жизнью. Далее

Биоразлагаемые пакеты – вред или польза?

Интересно разобраться, действительно ли такие пакеты не наносят вреда окружающей природе. Далее

Видео лекции на канале Temperatures.ru

Две видео лекции уже доступны для просмотра на канале Temperatures.ru Далее

Теплэко – тепло из ниоткуда?

К рекламе на телевидении нужно относиться очень критически, особенно когда её представляют умные люди. Далее

Популярные статьи

Польза и вред инфракрасного обогревателя (323109)

Среди электрических обогревателей, которые мы используем в быту, наиболее популярными сейчас становятся инфракрасные нагреватели. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.д. Главное – они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее

Почему горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? (208927)

Это действительно так, хотя звучит невероятно, т.к в процессе замерзания предварительно нагретая вода должна пройти температуру холодной воды. Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы». Далее

Вредно ли разогревать пищу в микроволновке? (199006)

Одна моя знакомая отказывается есть пищу, которую кто-то разогрел в микроволновой печи. Всему виной — страшилки в Интернете. Далее

Контролируйте температуру приготовления мяса! (180998)

При приготовлении сырого мяса, особенно, домашней птицы, рыбы и яиц необходимо помнить, что только нагревание до надлежащей температуры убивают вредные бактерии. Далее

451 градус по Фаренгейту, температура возгорания бумаги? (164257)

451 градус по Фаренгейту. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. На языке оригинала звучит так: ‘Fahrenheit 451: The Temperature at which Book Paper Catches Fire, and Burns’. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги? Далее

Основные разделы

Точка замерзания лягушки

Весна в этом году необычная. Только снег растаял, и появились первые подснежники, как опять снегопад, да еще какой, просто метель! И это в двадцатых числах апреля. Ладно бы снегопад, но и ночные морозы до — 8 °С. Не повредят ли морозы первым цветам, появившимся из-под земли крокусам, тюльпанам, одуванчикам? Нет, эти первые цветы защищены природой от промерзания. В их тканях содержаться специальные антифризы, или, как их называют биологи, криопротекторы. Они не позволяют клеткам растений замерзнуть при небольших отрицательных температурах.

Интересно, что криоротекторы помогают выжить в мороз не только растениям, но и животным. В этой заметке мы расскажем о чемпионе по стойкости к отрицательным температурам – о лесной лягушке Alaskan Wood Frog (Rana sylvatica). Эта небольшая лягушка может выжить даже в долгие зимы, когда температура опускается до — 18°С. Самое интересное, что, будучи почти полностью замороженной в зимний период, она быстро возвращается к жизни весной.

В период зимней спячки древесной лягушки 2/3 ее тела замерзает; она перестает дышать, а ее сердце перестает биться. Все физические процессы, такие как метаболическая активность и производство отходов останавливаются. Лягушка становится похожей на кусочек льда. Причем лесная лягушка может вынести от 10 до 15 циклов замораживания / оттаивания в течение одного сезона. Исследованием физиологических процессов в теле лягушек занималась группа ученых из Университета Майами в штате Огайо. В частности ученых интересовал вопрос, отличаются ли северные аляскинские лягушки от своих южных собратьев из штата Огайо. Исследователи проверили это экспериментальным путем, замораживая лягушек в лаборатории. Выяснилось, что особи из штата Огайо переходили в замороженное состояние уже при – 4°С, в то время как северные продолжали нормальную жизнедеятельность до – 16°С.

Ученые обнаружили, что криопротекторами, не дающими клеткам замерзать, служат растворы глюкозы и мочевины. Механизм защиты следующий. В крови лягушек содержаться специальные белки, которые являются центрами образования льда, их называют «nucleating proteins». Лед, образующийся первоначально в крови, начинает вымораживать клетки, выкачивать воду из клеток лягушки. И в это время печень лягушки начинает вырабатывать большое количество глюкозы, которое проникает в клетки и удерживает их от сжатия.

Если бы криопротекторов не было, замерзающая вода высушила бы клетки лягушки до полного их разрушения. Интересно, что уже с наступлением осенних холодов организм лягушек начинает готовиться к зиме: мочевина начинает накапливаться в тканях, а печень лягушек увеличивается в полтора раза и начинает активно перерабатывать гликоген в глюкозу. Ученые выяснили, что концентрация криопротекторов у северных лесных лягушек гораздо выше, чем у их южных собратьев.

Попутно заметим, в крови полярных рыб в высоких концентрациях встречается глицерин: вместе с некоторыми белками он выступает в роли антифриза, снижающего температуру замерзания крови. Ту же роль играют глицерин и трегалоза в гемолимфе некоторых морозостойких насекомых.

Исследования лесных лягушек и других хладостойких организмов помогают ученым найти пути, с помощью которых живые органы и ткани могут быть заморожены и разморожены без повреждения, и это очень важно в таких областях, как трансплантация органов. Ведь в случае необходимости транспортировки трансплантатов в отдаленные участки земного шара наилучшим методом сохранения их является именно заморозка.

Посмотрите интересное видео снятое английским кинорепортером Steve Downer о том, как просыпается замороженная лягушка.

Источник