Как лягушки переживают зиму

Два разных способа зимовки

Земноводные относятся к холоднокровным животным. Температура их тела целиком зависит от окружающей среды, поэтому поддерживать постоянное тепло самостоятельно они не способны. С наступлением осенних холодов обмен веществ у лягушек замедляется примерно в сотни раз, и они впадают в оцепенение. Стратегия выживания зависит от конкретного вида.

Водные виды, такие как травяная, прудовая и озёрная лягушки, предпочитают проводить холодные месяцы на дне рек, ручьёв и глубоких прудов. Они выбирают водоёмы, которые гарантированно не промерзают до самого дна. Животные забиваются в ил, прячутся под корягами, в промоинах берегов или среди придонных камней. Лёгкие подо льдом бесполезны, поэтому всю долгую зиму лягушки получают кислород исключительно через влажную кожу, омываемую холодной водой.

Наземные виды, например лесная и остромордая лягушки, а также обыкновенные жабы, уходят зимовать на сушу. Они находят убежища под толстым слоем опавших листьев, в трухлявых пнях, заброшенных норах грызунов или под глубоким мхом. Толстый снежный покров служит природным одеялом, но при сильных бесснежных заморозках температура в укрытии падает значительно ниже нуля. В таких условиях лягушки полностью замерзают, превращаясь в твёрдые ледышки.

Как работает природный антифриз

Главная опасность замерзания для живого организма заключается в свойствах воды. При кристаллизации вода расширяется, и острые грани ледяных кристаллов разрывают клеточные мембраны, уничтожая ткани. Земноводные севера научились обходить этот физический барьер за счёт биохимической защиты.

Когда температура кожи опускается чуть ниже нуля, датчики холода посылают сигнал в печень. Печень начинает с невероятной скоростью расщеплять запасы гликогена, выбрасывая в кровяное русло огромное количество глюкозы. У некоторых видов, например у лесной лягушки, концентрация сахара в тканях подскакивает в сотни раз относительно летней нормы. Параллельно в организме накапливается мочевина, которая выполняет схожую криопротекторную задачу.

Сахарный сироп внутри клеток действует подобно автомобильной охлаждающей жидкости. Кристаллы льда начинают расти снаружи, в полостях тела, межклеточном пространстве, под кожей и вокруг органов. При этом концентрированный раствор глюкозы притягивает к себе жидкость, буквально обезвоживая клетки и понижая точку их замерзания. Сами клетки сжимаются, сморщиваются, но остаются мягкими и неповреждёнными.

Состояние мнимой смерти

В разгар зимних морозов до шестидесяти пяти процентов всей воды в теле лесной лягушки превращается в лёд. Если взять такое земноводное в руки, оно покажется абсолютно мёртвым.

• Сердце полностью прекращает сокращаться и перекачивать кровь.
• Лёгочное и кожное дыхание полностью останавливается.
• Электрическая активность головного мозга затухает до нулевой отметки.
• Глаза стекленеют, а мышцы и внутренние органы становятся твёрдыми как камень.

Такое состояние глубокого анабиоза позволяет экономить последние резервы питательных веществ. Поскольку обмен веществ сведён к крошечным долям процента, лягушке практически не требуется кислород. В таком оцепенении североамериканская лесная лягушка способна благополучно переносить морозы до минус шестнадцати градусов на протяжении нескольких месяцев.

Как исследователи разгадали этот механизм

Долгое время учёные считали, что выдерживать полное промерзание способны только насекомые и некоторые микроорганизмы. В начале 1980-х годов канадские биологи Кеннет и Джанет Стори начали детально изучать лесную лягушку Lithobates sylvaticus, обитающую вплоть до Аляски и северных регионов Канады. Они брали пробы тканей у особей на разных этапах охлаждения и зафиксировали колоссальный выброс глюкозы из печени в момент первого касания льда.

Эксперименты показали удивительную точность механизма. Лягушка не начинает вырабатывать сахар заранее осенью, ведь избыток глюкозы в тёплую погоду вызвал бы диабетическую кому. Производство криопротектора запускается строго по сигналу образования первых льдинок на коже. Организм синтезирует защиту за считанные часы, опережая продвижение фронта замерзания вглубь тела.

Весеннее возвращение к жизни

Весной, когда пригревает солнце и тает снег, запускается обратный процесс. Оттаивание начинается изнутри. Первым нагревается и оживает сердце, причём учёные до сих пор исследуют химические триггеры этого старта без внешнего электрического импульса.

Возобновив сокращения, сердечная мышца начинает прогонять густую сахарную кровь по оттаявшим сосудам. Тепло разносится ко всем остальным органам, ускоряя их освобождение ото льда. Восстанавливается дыхание, постепенно включается нервная система, и лягушка начинает слабо шевелить лапками. Спустя десять или четырнадцать часов после начала оттаивания животное полностью восстанавливает координацию движений и сразу отправляется в ближайшие водоёмы для продолжения рода.