Древесные лягушки (Lithobates sylvaticus) вымерзают более 60% своего тела в зимние месяцы. «Для всех намерений и целей они мертвы», – сказал Дон Ларсон, доктор наук.D. студент из Фэрбенкса, который интересуется, как лягушки в самых суровых условиях Аляски изменяют свою физиологию, чтобы выжить в долгие и чрезвычайно холодные зимы. В отличие от предыдущих исследований, Ларсон использовал стандартные лабораторные эксперименты, но также включал измерения для отслеживания популяции в дикой природе.
Начиная с октября, Ларсон выслеживал лягушек на протяжении всего сурового зимнего сезона. Он заметил, что перед замораживанием в течение всего сезона лягушки прошли 10-15 циклов замораживания, а затем оттаивания.
Думая, что такие циклы замораживания / оттаивания могут быть ключом к выживанию лягушек в течение зимнего сезона, Ларсон хотел воспроизвести эти естественные условия в лаборатории. Для этого он провел лабораторный эксперимент, в котором лягушек оставляли незамороженными, замораживали напрямую или замораживали в цикле замораживания / оттаивания.
В дикой природе все лягушки выживали в течение долгой зимы, когда температура колебалась от -9 ° C до -18 ° C, что является более длительным и холодным периодом, чем ранее наблюдалось с древесными лягушками. Как они не превратились в фруктовое мороженое со вкусом лягушки? Одним из ключей было количество глюкозы в тканях лягушки, одного из основных агентов, которые «защищают» лягушек, пока они замерзают. Как в полевых условиях, так и в лабораторных условиях, где происходили циклы замораживания / оттаивания, концентрации глюкозы увеличивались от 2 до 10 раз, уровни, которые ранее никогда не наблюдались.
Производство глюкозы происходит, когда лягушки начинают замерзать. Таким образом, Ларсон считает, что большое количество циклов замораживания / оттаивания позволяет увеличить выработку глюкозы. Этот процесс похож на преднамеренную гипервентиляцию дайверов перед погружением, которая служит для увеличения объема воздуха, который могут потреблять их легкие.
Вариант гипервентиляции лягушек – циклы замораживания / оттаивания – увеличивает их уровень глюкозы, чтобы позволить им выжить дольше и в более холодных условиях.
В то время как предыдущие исследования показали, что древесные лягушки могут переносить низкие температуры в течение коротких периодов времени, лягушки в исследовании Ларсона выживали дольше, имели более высокий уровень выживаемости (100%) и выживали при более низких температурах, чем когда-либо ранее зарегистрированные. Более того, его работа подчеркивает, что глюкоза является средством выживания древесных лягушек в суровых зимних условиях.
Теперь, когда Ларсон лучше понимает, как физиология лягушки меняется в зависимости от зимнего сезона, его следующий шаг – понять, как это повлияет на живущие внутри них существа, например паразиты. Он надеется использовать свои текущие исследования для формирования будущих исследований, в которых изучается роль холода во взаимодействии паразитов и хозяев у лягушек.
Ларсон представил результаты своих исследований по замораживанию лягушек на ежегодной конференции Общества интегративной и сравнительной биологии 2014 года в Остине.