بروتينات مضاد للتجمد. خلايا معبأة بالسكر. إغلاق الدماغ. للوصول إلى الربيع ، تجد فرصًا للوصول إلى أنواع طرقًا لإيقاف وظائفها. أظهر ضفدعًا خشبيًا كان لا يظهر على قيد قيد الحياة ، ولكنه صلب متجمد. ثم فجأة ألقاه في الحائط وتحطم. شهق الجميع. .
بعد لحظات ، أوضح أنه لم يرمي الضفدع بالفعل. من أجل التأثير الدرامي ، قام بتحويل الضفدع إلى قطعة كبيرة من الجليد. لكن الهدف كان توضيح نقطة: أن ضفدع الخشب يتجمد في الواقع مثل صلابة الجليد للبقاء على قيد الحياة في الشتاء. ثم يذوب مرة أخرى في الربيع.
ضفدع الخشب هو أحد أكثر الحيوانات التي خضعت للدراسة على وجه الأرض والتي تتجمد. عندما تنخفض درجات الحرارة في الخريف ، تستقر في أوراق الشجر وتسمح للبرودة بالتسلل إلى جسدها حتى تستسلم تمامًا - القلب والدماغ وكل شيء. لكنها ليست الأنواع الوحيدة التي تموت أساسًا ثم تعود إلى الحياة. (اقرأ عن الحيوانات الأخرى التي تتعامل مع البرد القارس.)
الآلاف من يرقات الحشرات تتجمد وتذوب ، وبعضها يذهب ذهابًا وإيابًا كل يوم حسب الطقس. تمكنت السلاحف الصغيرة المطلية من التجمد بدون نفس الأساليب مثل ضفدع الخشب. ثم هناك بطيئات المشية
كينيث ستوري: "سبب تجميدك هو توسيع نطاقك إلى أقصى الشمال أو أعلى ارتفاع مثل قمة"
"يمكنك الحصول على مكانة أفضل في العالم إذا أمكنك التجميد."
السكريات هي المفتاح
“So here’s the wood frog, it’s liquid, it’s hopping around, then ice comes on it from the outside,” says Storey. “Its skin gets frozen a little bit, and then ice penetrates into the frog through veins and arteries.”
من هناك يصبح الأمر أكثر غرابة. تتلألأ عيون الضفدع ، ويتجمد دماغها ، ويدفع الجليد الدم إلى قلب الضفدع قبل أن يصبح هذا أيضًا في النهاية صلبًا.
يتطلب هذا الانتقال تغييرات كبيرة في الكيمياء الحيوية. تعيد جزيئات الرنا الميكروي للضفدع تنظيم الخلايا لحمايتها من التلف. ثم يتشكل الجليد ببطء حول الأعضاء والخلايا من الخارج. في الوقت نفسه ، يضخ كبد الضفدع كميات لا تصدق من الجلوكوز - سائل شراب يعمل كمضاد للتجمد للأعضاء الحيوية - يتسرب في كل مكان بما في ذلك داخل الخلايا لمنعها من الانكماش والموت.
ثم في الربيع ، كما يقول ستوري ، "ستشرق الشمس ، وسيتشكل الطين ، وسوف يسخن ، وسيذوب الجليد".
طبيعة تجميدها. سوف تتجمد ضفادع الخشب في ألاسكا إلى سالب 5 درجات فهرنهايت. درجات حرارة أخرى في ولاية كارولينا الشمالية تصل إلى 8.6 درجة. لكن تكون هي نفسها. وقد لوحظت أيضًا في ضفادع أخرى ، بما في ذلك ضفدع الشجرة البني الجنوبي ، والضفدع الربيعي ، وضفادع الكريكيت ، وكذلك في ويرقات الحشرات.
National Geographic Logo - HomeSKIP TO CONTENT
تسجيل الدخول
الإشتراك
ضفدع خشبي ينام على ورقة.
يتجمد ضفدع الخشب في الشتاء ويذوب في الربيع.
تصوير جانيت م. ستوري
الحيوانات
يمكن أن تتجمد هذه الحيوانات صلبة في الشتاء. وإليك كيفية بقائهم على قيد الحياة.
بروتينات مضاد للتجمد. خلايا معبأة بالسكر. إغلاق الدماغ. للوصول إلى الربيع ، تجد العديد من الأنواع طرقًا مفاجئة لإيقاف وظائفها الجسدية.
بيكرستين بيترسون
تم النشر في 17 نوفمبر 2022
6 دقائق للقراءة
قبل سنوات صدم أستاذ جامعي في جامعتي فصله بمظاهرة. أظهر ضفدعًا خشبيًا كان لا يزال على قيد الحياة ولكنه صلب متجمد. ثم فجأة ألقاه في الحائط وتحطم. شهق الجميع.
بعد لحظات ، أوضح أنه لم يرمي الضفدع بالفعل. من أجل التأثير الدرامي ، قام بتحويل الضفدع إلى قطعة كبيرة من الجليد. لكن الهدف كان توضيح نقطة: أن ضفدع الخشب يتجمد في الواقع مثل صلابة الجليد للبقاء على قيد الحياة في الشتاء. ثم يذوب مرة أخرى في الربيع.
ضفدع الخشب هو أحد أكثر الحيوانات التي خضعت للدراسة على وجه الأرض والتي تتجمد. عندما تنخفض درجات الحرارة في الخريف ، تستقر في أوراق الشجر وتسمح للبرودة بالتسلل إلى جسدها حتى تستسلم تمامًا - القلب والدماغ وكل شيء. لكنها ليست الأنواع الوحيدة التي تموت أساسًا ثم تعود إلى الحياة. (اقرأ عن الحيوانات الأخرى التي تتعامل مع البرد القارس.)
الآلاف من يرقات الحشرات تتجمد وتذوب ، وبعضها يذهب ذهابًا وإيابًا كل يوم حسب الطقس. تمكنت السلاحف الصغيرة المطلية من التجمد بدون نفس الأساليب مثل ضفدع الخشب. ثم هناك بطيئات المشية
يقول كينيث ستوري: "سبب تجميدك هو توسيع نطاقك إلى أقصى الشمال أو أعلى في ارتفاع مثل قمة الجبل"
"يمكنك الحصول على مكانة أفضل في العالم إذا أمكنك التجميد."
السكريات هي المفتاح
يقول ستوري: "إذن ها هو ضفدع الخشب ، إنه سائل ، إنه يقفز ، ثم يأتي الجليد عليه من الخارج". "يتجمد جلده قليلاً ، ثم يخترق الجليد الضفدع عبر الأوردة والشرايين."
من هناك يصبح الأمر أكثر غرابة. تتلألأ عيون الضفدع ، ويتجمد دماغها ، ويدفع الجليد الدم إلى قلب الضفدع قبل أن يصبح هذا أيضًا في النهاية صلبًا.
يتطلب هذا الانتقال تغييرات كبيرة في الكيمياء الحيوية. تعيد جزيئات الرنا الميكروي للضفدع تنظيم الخلايا لحمايتها من التلف. ثم يتشكل الجليد ببطء حول الأعضاء والخلايا من الخارج. في الوقت نفسه ، يضخ كبد الضفدع كميات لا تصدق من الجلوكوز - سائل شراب يعمل كمضاد للتجمد للأعضاء الحيوية - يتسرب في كل مكان بما في ذلك داخل الخلايا لمنعها من الانكماش والموت.
ثم في الربيع ، كما يقول ستوري ، "ستشرق الشمس ، وسيتشكل الطين ، وسوف يسخن ، وسيذوب الجليد".
يختلف مدى تجميدها. سوف تتجمد ضفادع الخشب في ألاسكا إلى سالب 5 درجات فهرنهايت. درجات حرارة أخرى في ولاية كارولينا الشمالية تصل إلى 8.6 درجة. لكن الآليات هي نفسها. وقد لوحظت أيضًا في ضفادع أخرى ، بما في ذلك ضفدع الشجرة البني الجنوبي ، والضفدع الربيعي ، وضفادع الكريكيت ، وكذلك في العديد من الحشرات ويرقات الحشرات.
لكنها ليست الطريقة الوحيدة لتجميد الحيوانات. وفقًا لبحث جديد نُشر في مجلة Science of the Total Environment ، تتجمد صغار السلاحف المطلية حيث يعيد الرنا الميكروي تنظيم عملية التمثيل الغذائي بطريقة تتطلب جلوكوزًا أقل بكثير من ضفادع الخشب. وككبار ، لا يتجمدون بقدر ما يحبسون أنفاسهم. ينام البالغون تحت الماء في الوحل حيث يمكنهم البقاء على قيد الحياة لمدة تصل إلى أربعة أشهر دون تنفس.
سلبيات التبريد الفائق
تُستخدم كلمة "supercool" أحيانًا للإشارة إلى تجنب التجميد تحت الصفر. يقول شانون تيسيير ، الأستاذ المساعد في كلية الطب بجامعة هارفارد ، والذي يدرس كيف يمكن أن تترجم الرسوم المتحركة المعلقة في الطبيعة إلى عمليات زرع الأعضاء البشرية ، لكن التبريد الفائق الحقيقي في الطبيعة - وخاصة مع الأعضاء البشرية - يأتي مع مخاطر.
يحتاج الجليد إلى شيء يتشكل حوله ، والمعروف أيضًا باسم عامل النواة ، والذي يمكن أن يكون صغيرًا مثل قطعة من الغبار أو جزيء الكوليسترول. ولكن إذا استطاعت حشرة أو حيوان أن تمنع تكون بلورات الجليد ، فإن دمها المجمد يظل سائلاً.
هذا كبير إذا. يقول تيسيير إنه خارج المختبر الخاضع للسيطرة الشديدة ، فإن عالمنا مليء بالعوامل النووية. لقد ثبت أن سنجاب الأرض في القطب الشمالي قد تجاوز درجة التجمد من خلال القضاء على جميع النوى المحتملة لتكوين البلورات. لكن هذا لا يعني أنها شديدة البرودة إلى أقصى الحدود. وإذا حدث ذلك ، وهو ما يوضحه ستوري بوضوح ، فإن أي قوة خارجية أو عامل نوي دخيل من شأنه أن يحول سنجاب الأرض إلى جليد لا يعود إلى الحياة.
يقول تيسيير: "إن الحفاظ على العضو في حالة سائلة له مزايا عديدة". "ولكن إذا كان دائمًا معرضًا لخطر تكوين الجليد العرضي ، فهذه مشكلة تحتاج إلى معالجة."
هذا هو السبب في أن العديد من الأنواع التي تعيش في المناخات الباردة طورت بروتينات أو سكريات للمساعدة في خفض درجة حرارة الدم المتجمدة ، وبالتالي السماح لها بالانخفاض إلى ما دون 32 درجة دون تكوين الجليد. تحتوي بعض أنواع الأسماك البحرية على بروتينات مضادة للتجمد بينما تستخدم العديد من الحشرات السكر.
طورت الحشرات المختلفة رغبات مختلفة لتحقيق هذا الهدف نفسه. تتجمد يرقات ذبابة المرارة بقوة في الشتاء عندما تكون تحت الصفر وتذوب عندما ترتفع درجة حرارتها ، حتى على مدار 24 ساعة. من ناحية أخرى ، تظل يرقات عثة المرارة سائلة خلال النهار والليل ، كما يقول ستوري.
تستخدم يرقات ذبابة المرارة السكر مثل ضفدع الخشب لحماية خلاياها من الآثار الضارة لدرجات الحرارة تحت الصفر. تستخدم يرقات عثة المرارة السكر لمنع التجمد ، حيث يتم التبريد الفائق إلى درجة حرارة سالبة تصل إلى 36 درجة فهرنهايت.
التجفيف حتى يجف حتى يبرد
وجدت بطيئات المشية ، وهي اللافقاريات المجهرية الموجودة في أكثر بيئات الأرض قسوة ، طريقة مبتكرة لمنع الماء في خلاياها من التجمد: إنها تطرده فقط.
لا يستطيع البشر فعل ذلك. إذا فقد الشخص حتى خمسة بالمائة من مياهه ، فإنه سيموت. لكن بطيئات المشية تفرغ الماء حتى تجف تمامًا تقريبًا. أغلقت أدمغتهم ، وانسحبت أرجلهم الثمانية ، وابتعدوا عن البرد.
يقول ستوري: "لذا يمكنك غمرها في النيتروجين السائل ، وهي بخير".
وبنفس السرعة ، ترتد بطيئات المشية إلى الوراء. امنحهم الماء ، فيعيدوا ترطيبهم ويعودوا إلى ما نعرفه باسم الحياة. (اقرأ كيف يمكن أن تنجو بطيئات المشية من نهاية العالم.)
يقول تيسيير إن ضفادع الخشب والحيوانات الأخرى التي تعيش في ظروف قاسية في الطبيعة لها العديد من التطبيقات في الطب ، لا سيما في عالم زراعة الأعضاء. على سبيل المثال ، لا يمكن لقلب الإنسان أن يتواجد خارج الجسم إلا لمدة أربع ساعات تقريبًا.
وتقول: "هذا الوقت المحدود يسبب قيودًا لوجستية". "لذلك نحن نحاول استخدام المبادئ من ضفادع الخشب التي تحتوي على كميات كبيرة من الجلوكوز وتجميد الكبد أو القلب أو أي عضو آخر بالكامل ، وإبقائه في حالة تعليق للرسوم المتحركة ، وإعادة تنشيطه بأمان ، وزرعه."