Лесная лягушка переживает замерзание способом, который для большинства позвоночных был бы смертельным: лёд появляется не только вокруг животного, но и в части жидкостей его тела. Сердце перестаёт биться, дыхание и кровообращение прекращаются, а весной организм снова запускается после оттаивания.
Почему клетки не разрывает льдом
Главная опасность замерзания — не просто низкая температура. Когда вода превращается в лёд вне клеток, оставшийся раствор становится более концентрированным и вытягивает воду из клеток. Они сжимаются и могут получить необратимые повреждения. Кроме того, кристаллы льда внутри клетки обычно разрушают её структуры.
У лесной лягушки (Rana sylvatica) есть химическая защита. Начало замерзания запускает быстрое превращение запасённого в печени гликогена в глюкозу. Она разносится по тканям и действует как криопротектор: помогает удерживать воду и уменьшает осмотический стресс. Ещё один защитный компонент — мочевина, которая накапливается перед зимовкой и дополняет действие глюкозы.
Не вся лягушка становится куском льда
Фраза «лягушка замерзает целиком» удобна, но неточна. Лёд образуется главным образом во внеклеточных пространствах и полостях тела; жизненно важно не допустить разрушительного внутриклеточного замерзания. Пока животное находится в таком состоянии, обмен веществ резко подавлен, а внешние признаки жизни почти исчезают.
Исследования показывают, что холодоустойчивость зависит от популяции и подготовки к зиме. Субарктические лесные лягушки переносят значительно более суровые режимы, чем особи из умеренных широт: это не универсальная способность любой лягушки и не бесконечная устойчивость к морозу. Скорость охлаждения, длительность замерзания и температура остаются критичными.
Зачем это изучают
Механизмы природной криозащиты интересны не только биологам. Понимание того, как ткани переживают обезвоживание, нехватку кислорода и последующее восстановление, помогает формулировать идеи для хранения клеток и органов. Но прямого способа «заморозить и оживить» человека из этого не следует: физиология лягушки специально приспособлена эволюцией, а человеческие органы такой системой защиты не обладают.
Источники: исследование экстремальной морозоустойчивости субарктических популяций, работа о роли мочевины как криопротектора и обзор клеточных механизмов замерзания и восстановления.
Другие проверенные материалы собраны в рубрике «Факты».
