«Древесные лягушки Аляски проводят больше времени, замораживая и оттаивая на улице, чем стейк в морозилке, и лягушка возвращается к жизни весной в лучшей форме, чем стейк», — сказал Дон Ларсон, аспирант Университета Аляски в Фэрбенксе и ведущий автор книги. недавняя статья, демонстрирующая, что морозостойкость древесных лягушек Аляски более экстремальна, чем считалось ранее.Хотя древесные лягушки — хорошо изученные морозостойкие земноводные, исследование Ларсона считается первым, в котором они исследованы в естественных условиях.В субарктических внутренних районах Аляски древесные лягушки зимуют в земле, покрытой тряпкой и опавшей листвой, создавая гибернакулу, где температура может оставаться ниже нуля в течение более шести месяцев с минимальной температурой минус четыре (минус 20 по Цельсию).Отслеживание древесных лягушек до их естественной гибернакулы и использование огороженной зимовки в биологическом заповеднике к северу от кампуса UAF, Ларсон и соавтор Брайан Барнс, директор Института арктической биологии UAF и эксперт по физиологии холодного климата, хотели знать, как холодно и как долго лесные лягушки Аляски могут выжить в своей естественной среде обитания.
«Представьте, что происходит, когда вы сосете леденец, — сказал Ларсон. «После того, как вы высосали все сладкое, у вас остался только лед. Вот что происходит с клетками, когда они замерзают. Когда образование льда вытягивает воду из клеток, клетки высыхают или высыхают и в конечном итоге умирают».Лягушки предотвращают этот эффект замораживания, упаковывая свои клетки глюкозой (разновидностью сахара), которая уменьшает сушку и стабилизирует клетки — процесс, который ученые называют криозащитой.
«Концентрация сахара внутри клетки помогает сбалансировать концентрацию солей вне клетки, которая возникает при образовании льда», — сказал Барнс. «Из клетки выходит меньше воды, чем если бы в ней не было сахара, и считается, что сахар и другие криопротекторы« удерживают »воду внутри клетки».Ларсон обнаружил любопытную вещь: когда древесные лягушки находятся в естественной среде обитания, они накапливают в своих тканях гораздо более высокие концентрации глюкозы, чем лягушки, замороженные в лаборатории.Как описано в их статье, опубликованной в Journal of Experimental Biology, концентрация глюкозы у лягушек на открытом воздухе была в 13 раз выше в мышечной ткани, в 10 раз выше в ткани сердца и в 3,3 раза в ткани печени.Эта дополнительная защита позволила лягушкам выжить при более низких температурах дольше, чем думали ученые, но Ларсон и Барнс задались вопросом, как они накопили столько глюкозы?
Ларсон считает, что процесс, вызывающий ожог замораживания замороженного стейка, дает лягушкам возможность выживать при минимальных температурах ниже нуля (минус 18 по Цельсию) до 218 дней со 100-процентной выживаемостью.Ранее было показано, что лягушки, собранные на участках в восточной части США и Канады, выживают только в замороженном состоянии в течение нескольких недель и при температуре не ниже 19 градусов (минус 7,2 по Цельсию).«В поле ранней осенью холодно ночью, немного оттаивает днем, и эти повторяющиеся периоды замерзания стимулируют лягушек выделять все больше и больше глюкозы», — сказал Ларсон. «Она недостаточно теплая, чтобы лягушка могла восстановить большую часть этой глюкозы, и со временем она накапливается, обеспечивая лягушке дополнительную защиту от повреждения клеток».
Лягушки, замороженные в лаборатории, содержатся при постоянной температуре и без циклов замораживания-оттаивания, которые Ларсон наблюдал в дикой природе, и поэтому лягушки производили глюкозу только тогда, когда они сначала замерзли, и все.«Являются ли крайности морозостойкости лягушек Аляски по сравнению с более южными популяциями из-за моделей изменения температуры во время замораживания или из-за генетических различий и, таким образом, представляют собой эволюционные изменения, требует дальнейшего изучения», — сказал Барнс.
Умения замораживать лягушек — это больше, чем просто любопытство, и однажды они могут найти применение в науке о трансплантации человеческих органов.«Если наука сможет выяснить, как заморозить человеческие органы без ущерба, это даст больше времени, чтобы добраться до людей, нуждающихся в органах», — сказал Ларсон.