Зимой некоторые североамериканские лягушки переживают то, что для большинства позвоночных было бы смертельным: их тело частично превращается в лёд, дыхание прекращается, а сердце перестаёт биться. Весной животные оттаивают и снова двигаются. Такой способ зимовки характерен для лесной лягушки Rana sylvatica, распространённой в том числе на Аляске. Учёные объясняют её выживание необычной защитой клеток от повреждений при замерзании.
Иллюстративное фото лягушки: Efe Kekikciler / Unsplash. Вид на снимке не уточнён.
В отличие от земноводных, которые проводят холодные месяцы под водой, лесная лягушка прячется в лесной подстилке — среди опавших листьев и растительных остатков. Это укрытие смягчает перепады температуры, но не гарантирует тепла. Когда наступают морозы, лёд постепенно появляется в тканях, в том числе вокруг внутренних органов. При этом замерзает не каждая капля воды в организме.
Главная опасность замерзания связана не только с низкой температурой. Кристаллы льда способны разрушать тонкие клеточные структуры, а образование льда вне клеток вытягивает из них воду. Сильное обезвоживание и повреждение мембран могут оказаться губительными. Лесная лягушка переносит мороз благодаря тому, что лёд образуется преимущественно снаружи клеток, а их внутреннее содержимое остаётся защищённым.
С наступлением холода печень животного начинает перерабатывать запасённый гликоген в глюкозу. Сахар поступает с кровью в ткани и действует как криопротектор — вещество, которое помогает клеткам переносить охлаждение и потерю воды. В результате организм может выдержать условия, при которых обычное замерзание тканей привело бы к тяжёлым повреждениям.
Исследователи отмечают, что в процессе зимовки у лягушки прекращаются видимые движения, дыхание и сердцебиение. Это не означает, что животное погибло: его жизненные процессы переходят в крайне замедленное состояние. По сведениям Службы национальных парков США, на Аляске представители этого вида способны переносить температуру тела примерно до минус 12 градусов Цельсия. Это не значит, что любая лягушка выдержит такую температуру или что температура воздуха всегда равна температуре тела под снегом.
Интересно и то, как организм возвращается к активности. При весеннем потеплении ткани оттаивают не одновременно. По наблюдениям исследователей, важнейшие внутренние органы оттаивают раньше наружных частей тела. Затем восстанавливается сердцебиение, возвращаются движения, и лягушка может отправляться к временным водоёмам для размножения.
Способность переживать промерзание даёт лесным лягушкам преимущество в северных широтах. Они могут оставаться на суше в холодное время года и начинать брачный сезон вскоре после таяния снега, когда некоторые другие земноводные ещё неактивны. Для размножения им подходят небольшие весенние водоёмы, которые позже способны пересыхать.
Механизм выживания не стоит путать с обычной спячкой млекопитающих. У зимующих медведей и многих других животных температура тела и обмен веществ изменяются без массового образования льда в тканях. Лесная лягушка, напротив, действительно допускает промерзание части тела, но химически защищает клетки. Поэтому выражение «лягушка оживает после заморозки» описывает эффектно выглядящее, однако естественное приспособление.
Изучение таких животных интересно не только биологам. Принципы защиты клеток от обезвоживания и ледяных кристаллов помогают исследователям лучше понимать повреждения тканей при замораживании. В перспективе эти знания могут быть полезны для технологий хранения биологических материалов, но напрямую переносить способность лягушки на человека пока нельзя.
Подробности этого природного механизма приведены в материалах Службы национальных парков США и Геофизического института Университета Аляски. Эти наблюдения показывают, насколько необычные способы приспособления к морозу возникли в живой природе.