Zbrane žiab glukózy proti mrazu
Zmrazenie bez zmrazenia na smrť je niečo, čomu rozumie nielen veľa hmyzu a iných malých plazivých zvierat. Niektoré obojživelníky môžu tiež bez zranenia topiť, ak veľká časť ich telovej tekutiny zamrzla na ľad. Podľa toho však premena metabolizmu stojí veľa energie - čo môže znížiť šance na prežitie a znížiť šance na reprodukciu. Vyplýva to z výsledkov kanadských vedcov z University of Western Ontario v Londýne, ktorí študovali severoamerickú rosničku lesnú (Rana sylvatica), blízku príbuznú miestnej rosničky obyčajnej (Rana temporaria). Testované zvieratá pochádzali z lesa neďaleko Ottawy, kde lesné žaby zimujú pod podstielkou. V zimnej zime je zvyčajne toľko snehu, že je dobre chránený pred mrazom, aj keď sa v niektoré noci vzduch ochladí na mínus 30 stupňov Celzia.
Pre žaby je najpravdepodobnejšie, že zamrznú neskoro na jeseň, keď napadne málo snehu, a skoro na jar, keď sa už snehová pokrývka topí na slnku. Je pravda, že teplota pod listami na podlahe lesa zriedka klesne o viac ako pár stupňov pod bod mrazu. Ale aj pri mínus 1,4 stupňa sa pre žaby stáva kritickým. Pri kontakte s ľadom sa môžu vo vašom tele tvoriť aj ľadové kryštály. Ako ukazujú nepretržité merania teploty na mieste, lesné žaby, ktoré sa ukryli pod podstielkou, v priebehu zimy zamrznú jeden až dvacetkrát a zvyčajne sa po dni opäť roztopia. Vedci spolupracujúci s Brentom J. Sinclairom simulovali tieto mrazivé fázy v malých plastových komorách, ktoré umožňujú analýzu vzduchu. Keď tam teplota výrazne poklesla pod bod mrazu, klietka rosnička zrazu vydýchla oveľa viac oxidu uhličitého, a tak drasticky zvýšila svoj energetický výdaj („The Journal of Experimental Biology“, zv. 216, s. 292). Niet sa čomu čudovať - pretože hneď ako sa v jeho tele vytvoria prvé ľadové kryštály, začne žaba štiepiť glykogén uložený v pečeni.
Zdá sa, že takto vyrobená glukóza pôsobí ako nemrznúca zmes. Odstraňuje vodu z telesného tkaniva a zaisťuje, že drobné ľadové kryštáliky vyrastajú iba mimo buniek, ak vôbec. Keď srdce konečne prestane biť a zastaví sa dýchanie, metabolizmus beží iba na vedľajšom horáku s minimálnym výdajom energie odbúravaním glukózy. Iba vtedy, keď okolitá teplota stúpne natoľko, že sa lesná žaba roztopí a jej telesné tkanivo opäť absorbuje vodu, sa metabolizmus opäť rozbehne. Teraz musí byť zvyšná glukóza transportovaná späť do pečene a uložená ako glykogén. Ďalej je potom dôležité napraviť nevyhnutné lesné škody.
Pri teplotách nad bodom mrazu sa žaby pri udržiavaní chodu metabolizmu spoliehajú hlavne na svoje tukové vankúšiky. Ak sa v budúcnosti oteplí zima, je potrebné sa obávať, že sa tieto tukové zásoby zmenšia oveľa rýchlejšie. Vychudnuté zvieratá by potom mali byť schopné na jar zodpovedajúcim spôsobom investovať menej do produkcie potomkov. Teplejšie podnebie s menším počtom snehov by mohlo pre lesné žaby znamenať aj to, že v zimných štvrtiach častejšie mrznú a topia sa. Výsledkom je, že ak musia príliš často používať glukózu ako nemrznúcu kvapalinu, mohlo by im predčasne dôjsť k zásobám glykogénu.
Výnimočne dlhé a studené zimy sú samozrejme tiež osobitnou výzvou. Na úplnom severe ich rozsahu sa im lesné žaby museli prispôsobiť. Zvieratá, ktoré sú doma na Aljaške, sa pripravujú na mrazivé obdobie s oveľa väčšou námahou ako ich druhov v južných oblastiach. Vedci spolupracujúci s Jonom Costanzom z Miami University v Oxforde (Ohio) to zistili, keď do svojich klimatických komôr priniesli lesné žaby rôzneho pôvodu.
Ešte predtým, ako teploty zľadovateli, lesné žaby z Aljašky hromadili oveľa viac nemrznúcej zmesi ako laboratórne zvieratá z Ohia. Napríklad koncentrácia močoviny v ich krvi sa zvýšila desaťkrát namiesto iba trikrát („The Journal of Experimental Biology“, zv. 216, s. 3461). Pretože močovina sa produkuje pri rozklade molekúl bielkovín, je bohatá na lesné žaby z ďalekého severu. Na rozdiel od svojich príbuzných na juhu redukujú svoju svalovú hmotu, zatiaľ čo sa pripravujú na blížiacu sa zimu. Okrem toho na jeseň rozpustia všetky svoje tukové zásoby, aby doplnili zásobu glykogénu v pečeni. V porovnaní so žabami z Ohia, ktoré nechajú svoje svaly neporušené a obetujú iba časť svojich tukových zásob, ukladajú viac ako trikrát viac glykogénu.
Bohaté zásoby glykogénu potom pomáhajú vzdorovať arktickému prostrediu. Ak sa lesné žaby z Aljašky postupne tak ochladia, že sa ich krv obohatí o glukózu, môžu prežiť teploty až do mínus 16 stupňov Celzia. Asi dve tretiny vody v tele sú potom zmrazené. Príbuzní z Ohia dospievajú do tohto bodu oveľa skôr. Ak ich telesná teplota klesne pod mínus 5 stupňov, majú tieto žaby malú šancu na prežitie. Bez poškodenia sa môžu rozmrznúť až po niekoľkých dňoch v slabších mrazoch. Za deň alebo dva klesne vaša hladina cukru v krvi späť na normálnu hladinu: Už nepotrebná glukóza sa vedie späť do pečene, kde sa premieňa na glykogén a pri nasledujúcom prechladnutí sa znova mobilizuje iba ako nemrznúca zmes. Keď sa lesné žaby pôvodné na Aljaške topia, ich hladina cukru v krvi sa pomaly znižuje. Po piatich dňoch budete mať v krvi stále viac ako desaťnásobné množstvo glukózy ako pred mrazničkou. Pravdepodobne sú pripravení zabezpečiť, aby sa nebezpečenstvo mrazu neodvrátilo tak rýchlo - koniec koncov, zima na Aljaške trvá až osem mesiacov.