Məlumat

Qurbağalar donmağa necə dözə bilər, insanlar isə donmaya dözə bilmirlər?

Qurbağalar donmağa necə dözə bilər, insanlar isə donmaya dözə bilmirlər?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ağac qurbağası qanının və digər toxumaların donmasına dözə bilir. (wiki, news2), amma insan bacarmaz.

Bəzi insanlar ölümündən sonra bədənlərini/beyinlərini dondurmağı planlaşdırırlar, bəziləri isə bunu etmişlər.

Ağac qurbağaları beynimizi təhlükəsiz şəkildə dondurmağı öyrənməyimizə kömək edə bilərmi?


Ümumiyyətlə qurbağalar soyuqqanlı heyvanlardır (daha konkret olaraq ektotermik və ya poikilotermik). Odun qurbağaları insan bədəninin normal metabolik proseslərdən əmələ gətirə bilmədiyi krioprotektorların istehsalı ilə bədən istiliyini qoruyub saxlaya bilir. Belə molekullar toxumanın donma nöqtəsini azaldır və buz əmələ gəlməsinin qarşısını alır. Burada ağac qurbağalarının fiziologiyası və donma temperaturlarında sağ qalmalarına kömək edən elmi bir hesabat var. Soyuq qanlı heyvanların belə şəraitdə yaşamaq üçün istifadə etdikləri başqa mexanizmlər də var.

İndi insan hissəsinə. İnsanlar isti qanlıdır (daha spesifik olaraq endotermik). Həmişə bədən istiliyini qorumağa çalışırıq (normal bədən istiliyimiz $ 37^{o} $). Bu səbəbdən donma temperaturlarına dözə bilmərik, çünki fiziologiyamızın bu temperaturda hüceyrə zədələnməsinin qarşısını almaq üçün bir vasitəsi yoxdur. Qeyd etdiyiniz şirkət müxtəlif süni krioprotektorlardan istifadə edən vitrifikasiya üsullarından istifadə edir.

Artıq bu istiqamətdə araşdırmalar aparılır. Tədqiqatçılar ekstremofilləri və onların metabolik məhsullarını kosmetika və tibbdə istifadə edirlər (bu, bu və bu kimi).


Amfibiyalarda və Sürünənlərdə Soyuq İqlim Uyğunlaşmaları və Donmaya Dözümlülük

Amfibiyalar və sürünənlər ektotermik (soyuqqanlı) olduqları üçün məşhurdur. Bu o deməkdir ki, bədən istiliyini daxili olaraq tənzimləyə bilmirlər və bunun üçün xarici mühitinə güvənirlər. Nəticə etibarı ilə, ilan və kərtənkələ kimi növlər haqqında düşünəndə biz onları isti iqlimlə əlaqələndirməyə meylli oluruq, onları tez-tez günəş işığında istəyərkən təsvir edirik. İsti iqlimlərdə yaşamalarına baxmayaraq, Antarktida istisna olmaqla bütün dünyada amfibiyalara və sürünənlərə rast gəlmək olar. İngiltərədə 14 yerli amfibiya və sürünən var və bir neçə sərt növ hətta temperaturun -45 ° C -ə düşə biləcəyi Arktikada olduğu kimi soyuq iqlimlərdə də tapıla bilər. Bəs, bu növlər belə ekstremal şəraitdə yaşamaq üçün necə uyğunlaşdırılıb?

Suda-quruda yaşayanlar və sürünənlər tərəfindən istifadə edilən mühüm strategiyalardan biri də soyuq qış aylarında yuxusuzluq vəziyyətinə keçirdikləri brumasiyadır. Tipik olaraq çuxurlarda və ya ağac yığınlarının altında böyüyürlər, lakin fərqli növlər gölməçələrin dibindəki palçıqda çürüyən bəzi ümumi qurbağalarla birlikdə müxtəlif yaşayış yerlərindən istifadə edəcəklər. Qış yuxusuna bənzəsə də, əsas fərq ondan ibarətdir ki, qarmaqarışıq heyvanlar, adətən isti günlərdə, yuxu vəziyyətinə qayıtmazdan əvvəl qısa müddət ərzində yem axtarmaq üçün çıxacaqlar. Yerli İngiltərə növlərinin hamısı ən soyuq havadan qaçmaq və enerjiyə qənaət etmək üçün çürüyür. Buna baxmayaraq, Britaniya havası hələ də il boyu çətin ola bilər. Adi qurbağalar xüsusilə dözümlüdürlər və Şotlandiya Cairngorm dağlarında 1120 m yüksəklikdə Böyük Britaniyada hər hansı amfibiyaların ən yüksək hündürlüyündə çoxaldıqları aşkar edilmişdir. Yüksək hündürlük yaşayış yerləri yetişdirmə üçün daha qısa bir pəncərə təklif edir, buna görə də bunun öhdəsindən gəlmək üçün İskoçyada yüksək yüksəklikdə yaşayan ümumi qurbağa populyasiyalarının aşağı hündürlük populyasiyalarına nisbətən daha yüksək artım sürəti və daha qısa sürfə dövrü var (Muir et al. 2014). Bu, sağ qalma şansını artırmaq üçün temperatur yenidən düşməzdən əvvəl metamorfozun tamamlanmasını təmin edir. Digər tərəfdən, bəzi adi qurbağa yarpaqları metamorfozu növbəti yaza qədər gecikdirəcək və qurbağa kimi deyil, qurbağa yavrusu kimi qışlayacaq, bu, daha soyuq temperaturlarda faydalı ola bilər, çünki onlar daha böyük ölçüdə metamorfoza keçərək sağ qalma şanslarını artıra biləcəklər. (Walsh və digərləri, 2008).

Xüsusilə soyuq şəraitə yaxşı uyğunlaşan başqa bir İngiltərə növü də dəri tısbağasıdır. İnsanlar dərili tısbağanın İngiltərədən olduğunu, lakin görmə sayının az olmasına baxmayaraq ətraf dənizlərimizdə aktiv olduqlarını biləndə çox vaxt təəccüblənir. burada). Leatherbacks digər dəniz tısbağalarına nisbətən daha geniş diapazona malikdir və ətrafdakı sudan 18°C ​​yüksək olan dərin bədən istiliyini saxlayaraq soyuq sularımızda yaşaya bilir (Frair et al., 1972). Bunu qanadlarında əks axınlı bir istilik mübadiləsi prosesi ilə edirlər (Greer et al., 1973), bu proses sürünənlərə nisbətən məməlilər və quşlarla daha çox əlaqələndirilir. Üzgəclərindəki qan damarları bir-birinə sıx şəkildə yığılmışdır ki, nüvədən ətraflara hərəkət edən isti qan, ətraflardan nüvəyə qayıdan soyuq qanın yaxınlığından keçir. İstilik hHeateat soyuq qana ötürülür və xarici mühitə itiriləcəyi ətraflardan qaçaraq nüvəyə qaytarılır (Greer et al., 1973). Ekstremitelərdə istilik itkisini azaltmaq və bu istiliyi bədənin özəyinə qaytarmaq üçün bu üsul onların soyuq suda yaşaması üçün çox vacibdir.

Şəkil Krediti: Jack Rawlinson

Çox fərqli bir uyğunlaşma, bir növün reproduktiv strategiyasıdır, bunlardan iki əsas variant var: oviparity (yumurta qoyma) və ya viviparity (canlı doğum). Sürünənlərin çoxu yumurtalıqdır, çünki bu, hər il daha az sərmayə tələb edir ki, bu da onların il ərzində bir neçə bala sahib olmasına imkan verir. Bununla birlikdə, soyuq iqlimdəki sürünənlərin canlı olma ehtimalı daha yüksəkdir, çünki daxili inkişaf ananın daha səmərəli şəkildə termoregulyasiya etməsinə imkan verir və beləliklə soyuq və ya gözlənilməz ətraf mühit şəraitində nəsillərin sağ qalmasını yaxşılaşdırır (Tinkle və Gibbons, 1977). Soyuq temperaturlar da yetişdirmə mövsümünün müddətini azalda bilər, bu da ildə birdən çox damazlıq olma ehtimalını azaldır və bununla da oviparity faydalarını aradan qaldıra bilər (Tinkle and Gibbons, 1977). Şotlandiyada ot ilanından başqa bütün yerli sürünənlər canlıdır. Ot ilanı İngiltərə və Uelsdə geniş yayılmışdır, lakin yalnız Şotlandiyanın uzaq cənubunda rast gəlinir. Bu, yumurtlamanın onları daha soyuq Şotlandiya iqliminə daha az uyğunlaşdırdığını göstərə bilərmi? Maraqlıdır ki, Şotlandiyanın Coll adasında yaşayan yumurtalı kərtənkələlər, qum kərtənkələləri var. Onlar Şotlandiya deyil, İngiltərədən gəlirlər, lakin Coll ilə 70-ci illərdə tanış olublar və bu gün də oradadırlar. Bu, canlılığın soyuq iqlimlərdə faydalı olmasına baxmayaraq, vacib olmadığını göstərə bilər.

İngilis havasında inkişaf edən suda-quruda yaşayanların və sürünənlərin sayı, şübhəsiz ki, təsir edicidir, lakin Arktika kimi həddindən artıq soyuq iqlim şəraitində sağ qalan çoxlu növlər diqqəti çəkir. İstənilən növ üçün bu çətin olacaq və əksər ektotermlər üçün donma temperaturu ölümcüldür – onların hüceyrələrindəki mayelər donaraq buz kristallarını əmələ gətirir, sonra isə qırıla bilər (Storey and Storey, 1988). Bununla birlikdə, soyuq iqlim ektotermlərinin bu donma qarşısını almaq (supercooling) və donma tolerantlığı ilə mübarizə aparmaq üçün istifadə etdiyi iki əsas strategiya mövcuddur. Dondurmadan qaçma hüceyrə mayelərinin donma temperaturuna çatmasına baxmayaraq maye qaldığı yerdir, donma tolerantlığı isə insanın hüceyrədənkənar ərazilərdə dondurulmasını məhdudlaşdıraraq dondurulmadan yaşaya bildiyi yerdir (Storey and Storey, 1988). Bu proseslər adətən suyun donma nöqtəsini azaldan bir maddə olan siroprotektorun istehsalına əsaslanır və ümumi dondurmanın qarşısını almaq üçün (donmadan qaçınma) və ya hüceyrələrdə və əsas orqanlarda (donmaya dözümlülük) istifadə edilə bilər. Müxtəlif maddələr amfibiyalarda və sürünənlərdə kriyoprotektor kimi çıxış edə bilər, bəziləri isə qliserin, qlükoza və taurindir. Cyroprotectants həm də tibbdə istifadə olunur, məsələn donor orqanları soyutma yolu ilə qorunduqda, cyroprotectants tez -tez hüceyrələrin donması və yırtılmasının qarşısını almaq üçün istifadə olunur.

Bu strategiyalardan istifadə edən növlərdən biri, Arktik Dairədə yaşadığı bilinən yeganə qurbağa odun qurbağasıdır. Onlar iki həftə ərzində -3°C-də donmağa dözə bilirlər, bədənlərinin suyunun 70%-ə qədəri dondurulur (Costanzo et al., 1993). Onlar buz əmələ gəlməsinin qarşısını almaq üçün əsas orqanlarda yüksək miqdarda istehsal etdikləri qlükozadan siroprotektor kimi istifadə edirlər (Costanzo et al., 1993). Bu, donma ehtimalını daha az əhəmiyyətli olan bədən hissələrini məhdudlaşdırır. Kanadadakı qırmızı tərəfli jartiyer yılanları da bənzər bir strategiyadan istifadə edir və -2.5 ° C -də bədəninin suyunun 40% -i qədər donaraq, taurini kriyoprotektor olaraq istifadə edərək sağ qala bilir (Churchill və Storey, 2011). Taxta qurbağalardan fərqli olaraq, onların dözümlülük müddəti daha qısadır, 10 saatlıq donmadan sonra sağ qalma şansı yalnız 50%-dir (Churchill and Storey, 2011). Bu, bunun müntəzəm olaraq istifadə edilən bir strategiya olmadığını, əksinə payızda və ya yazda qısa müddətdə dondan əvvəl/sonra dondan qısa müddətdə sağ çıxmaq üçün bir uyğunlaşma olduğunu düşündürə bilər.

Ağac qurbağası və qırmızı tərəfli jartiyer ilanı kimi növlər inanılmaz dərəcədə sərt olsa da, bütün Sibir çəmənliklərini aşa biləcək bir növ var. Sibirdə temperatur -45°C-ə qədər aşağı düşə bilər və burada çoxlu həyatın çiçəklənməsi qeyri-mümkün görünür, lakin Sibir tritonu bunu edir. İnanılmaz dərəcədə, 45 gün ərzində -35 ° C -ə və ya 3 gün -50 ° C -ə qədər donub qala bilər (Berman və digərləri, 2016). Bu əlamətdar növün bu cür düşmən temperaturda necə sağ qaldığı tam aydın deyil, lakin çox güman ki, onların hüceyrələrini və əsas orqanlarını donmadan qorumaq üçün bir kriyoprotektor istehsal etdikləri görünür, baxmayaraq ki, bu siroprotektorun nə ola biləcəyi məlum deyil.

Amfibiyalar və sürünənlər ektotermikdir və buna görə də çox vaxt isti iqlimlə əlaqələndirilir. Əslində, çox sayda yaşayış yerində və iqlimdə tapıla bilər və dünyanın ən soyuq bölgələrində belə yaşamağa və inkişaf etməyə imkan verən bir sıra davranış və fizioloji uyğunlaşmalara malikdir. Brumation, viviparous reproduksiya və səmərəli istilik ötürmə sistemləri kimi uyğunlaşmalar, suda -quruda yaşayanların və sürünənlərin soyuq və ya dəyişkən iqlimdə yaşamasına kömək edə biləcək şeylərdən yalnız bir neçəsidir. Maraqlıdır ki, ən soyuq bölgələrdə növlər sağ qalmaq üçün daha da həddindən artıq donma və donma dözümlülüyünə uyğunlaşmalardan istifadə edirlər. Bəzi növlərin həddindən artıq temperaturda uzun müddət dondurulmağa dözmə qabiliyyəti inanılmaz sağ qalma və uyğunlaşma hekayəsini izah edir və bizə suda-quruda yaşayanların və sürünənlərin parlaqlığını heç vaxt qiymətləndirməməyimizi xatırladır.


Qurbağalar qışda necə sağ qalırlar? Niyə donub ölmürlər?

Qurbağalar heyrətamiz heyvanlardır. Kövrək görünüşlərinə və təcavüzkar yollarına baxmayaraq, bu planetin təklif etdiyi ən ağır iqlimlə mübarizə aparmaq üçün saysız -hesabsız strategiyalara sahibdirlər. Onlara Arktika Dairəsində, səhralarda, tropik yağış meşələrində və demək olar ki, hər yerdə rast gəlmək olar. Onların sağ qalma strategiyalarının bəziləri dahiyanə bir şey deyil. Müxtəlif qurbağa növləri ətraf mühitin həddindən artıq vəziyyəti ilə mübarizə aparmaq üçün iki strategiyadan istifadə edir: qış yuxusu və estivasiya.

Qış yuxusu mülayim iqlimlərin soyuq qışına ümumi cavabdır. Bir heyvan qış havalarından və yırtıcılardan qoruyan bir yaşayış sahəsi (hibernaculum) tapdıqdan və ya yaratdıqdan sonra, heyvanın maddələr mübadiləsi kəskin şəkildə yavaşlayır, buna görə də bədəninin enerji ehtiyatlarından istifadə edərək qışı yuxuda keçirə bilər. Yaz havası gələndə heyvan "oyanır" və qidalanma və çoxalma işinə başlamaq üçün qış yuxusunu tərk edir.

Bəbir qurbağası kimi su qurbağaları(Rana pipiens) və Amerika öküz qurbağası (Rana katesbeiana) adətən su altında qışlayır. Ümumi bir yanlış fikir, qışı gölməçənin və ya dərənin dibində palçığa qazılan su tısbağaları kimi keçirmələridir. Əslində qış yuxusuna gedən qurbağalar uzun müddət palçığın içinə girsələr boğulardılar. Qış yuxusunda olan tısbağanın maddələr mübadiləsi o qədər kəskin şəkildə yavaşlayır ki, palçığın cüzi oksigen tədarükünü təmin edə bilər. Qış yuxusuna gedən su qurbağaları isə oksigenlə zəngin suyun yaxınlığında olmalı və qışın yaxşı bir hissəsini palçığın üstündə yataraq və ya qismən basdırılmış vəziyyətdə keçirməlidirlər. Hətta zaman -zaman yavaşca üzə də bilərlər.

Yerdəki qurbağalar ümumiyyətlə quruda qışlayır. Amerika qurbağaları (Bufo Americanus) və yaxşı qazıcı olan digər qurbağalar torpağın dərinliklərində, donma xəttinin altında etibarlı şəkildə gizlənir. Bəzi qurbağalar, məsələn, ağac qurbağası (Rana sylvatica) və bahar baxıcısı (Hyla çarmıxı), qazmaqda mahir deyil və bunun əvəzinə loglarda və ya qayalarda dərin çatlar və yarıqlar axtarın və ya yarpaq zibilində bacardıqca aşağı qazın. Bu hibernakula soyuq havadan yaxşı qorunmur və sakinləri ilə birlikdə dona bilər.

Və hələ də qurbağalar ölmür. Niyə? Antifriz! Düzdür, buz kristalları bədən boşluğu, sidik kisəsi kimi yerlərdə və dərinin altında əmələ gəlir, lakin qurbağanın həyati orqanlarında yüksək qlükoza konsentrasiyası donmanın qarşısını alır. Qismən donmuş qurbağa nəfəsini kəsəcək və ürəyi döyünməyi dayandıracaq. Olduqca ölü görünəcək. Ancaq qış yuxusu dondurucudan yuxarı isindikdə, qurbağanın donmuş hissələri əriyəcək və ürəyi və ağciyərləri fəaliyyətini bərpa edəcək - həqiqətən də canlı ölülər kimi bir şey var!

Estivasiya qış yuxusuna bənzəyir. Bu, bir heyvanın mənfi ekoloji şəraitə cavab olaraq qəbul etdiyi hərəkətsiz bir vəziyyətdir, bu halda müəyyən tropik bölgələrin uzun quraqlıq mövsümü. Bir neçə növ qurbağanın canlandırdığı bilinir. Ən yaxşı tanınan növlərdən ikisi bəzəkli buynuzlu qurbağadır (Ceratophrys ornata) Cənubi Amerikadan və Afrika öküz qurbağasından (Pyxicephalus adspersus).

Quraqlıq mövsümü başlayanda bu qurbağalar torpağa girir və yuxuya gedir. Bir neçə ay davam edə bilən uzun quraqlıq mövsümündə bu qurbağalar səliqəli bir hiylə yerinə yetirirlər: onlar dərinin bir neçə bütöv təbəqəsini tökərək, bütün bədəni əhatə edən faktiki olaraq suya davamlı barama əmələ gətirir, yalnız burun dəliklərini açıq saxlayır, bu da onlara nəfəs almağa imkan verir. Bu herpetoloji mumiyalar quru mövsüm ərzində baramalarında qalır. Yağışlar geri qayıtdıqda, qurbağalar kəfənlərindən azad olur və nəm torpaqdan səthə çıxırlar.


IRA FLATOW: Bu Elm Cümə günüdür. Mən Ira Flatow sizə Mayami Universitetinin Oxford ştatındakı Hall Auditoriumundan gəlirəm. Bəli. Baharın heç vaxt bura çatacağını hiss etmirəm. Elədirmi? Bilirsiniz, gecə temperaturu donmağa yaxınlaşır.

Ancaq kənarda yaşamaq məcburiyyətində qalan heyvanları düşünün. Bütün bu soyuq havada özlərini necə hiss etməlidirlər. Yaxşı ki, onlardan bəziləri soyuqla mübarizə aparmaq üçün unikal üsullar tapıblar. Hüceyrələrində buz əmələ gəlməməsi üçün toxumaları antifriz kimi bir şeylə doldurulur. Bəziləri super sərinləyə bilər və ya hətta qəsdən özlərini qaya kimi bərk dondurmağa icazə verirlər.

Bunu edən bir növ qurbağa var. Biz buna baxacağıq. Hamısı qışı keçmək adı ilə. Bu gecə o heyvanlardan bir neçəsinə gözəl uzun nəzər salacağıq. Onların hiylələrini öyrənmək və bəlkə də biz insanlara kömək etmək üçün tətbiq etmək üçün bir göz ilə.

İcazə verin qonaqlarımı təqdim edim. Rick Lee, Universitetin Hörmətli Biologiya professoru, Miami Universitetində ekofizyolojik kriobiologiya laboratoriyasının müdiridir. Elm Cümə gününə xoş gəldiniz.

RICHARD LEE: Çox sağ olun.

IRA FLATOW: Clara do Amaral, Cincinnati'deki Mount St. Joseph Universitetində və eyni zamanda bir Miami Universiteti məzununda müqayisəli bir fizioloq və biologiya dosentidir. Elm Cümə gününə xoş gəldiniz.

CLARA DO AMARAL: Mənə sahib olduğunuz üçün təşəkkür edirəm.

IRA FLATOW: Dr. do Amaral, işinizdən bizə bir nümunə gətirdiniz. O, terrariumda oturur.

CLARA DO AMARAL: Bəli, terrariumda əslində iki ağac qurbağası var ki, onlar da öyrəndiyim qurbağa növlərindən biridir və donmaya davamlıdır.

IRA FLATOW: Donmaya dözümlü deyəndə əslində bərk donurmu?

CLARA DO AMARAL: Bəli. Möhkəm dondurun.

IRA FLATOW: Beləliklə, mən onu masaya vura bildim.

CLARA DO AMARAL: Yəqin ki, etməməlisən, amma bacardın.

IRA FLATOW: Bunu necə edir?

CLARA DO AMARAL: Ümumiyyətlə insanların dediyi kimi qurbağalar soyuqqanlı orqanizmlərdir. Beləliklə, qış gələndə və ətraf mühitin temperaturu kifayət qədər aşağı düşdükdə, qurbağa növünün bədən istiliyi bu temperaturu izləyir.

Beləliklə, onlar nisbətən soyuq olurlar. Beləliklə, əgər bədən istiliyi kifayət qədər aşağı düşərsə, selsi üzrə sıfır dərəcəyə yaxın olarsa, onların bədən mayeləri yavaş-yavaş donmağa başlayır.

Beləliklə, biz onların bunu necə edə biləcəyini öyrənirik. Beləliklə, donmuş vəziyyətdə yaşamalarını təmin edən bir sıra fizioloji cavablara malikdirlər.

IRA FLATOW: Burada donmuş vəziyyətdə olan və donmuş vəziyyətdə olan bir fotoşəkilimiz var.

CLARA DO AMARAL: Bəli. Mm-hmm.

IRA FLATOW: Xaricdəki buz?

CLARA DO AMARAL: Bəli. Beləliklə, səthdə bir az buz var və sonra ona toxunsanız, bu buz təbəqələrini ventral tərəfdə, ayaqlarda və qollarda hiss edə bilərsiniz.

IRA FLATOW: Bəs niyə qış yuxusuna getmə və ya buna bənzər bir şey deyil, bərk dondurmanın nə faydası var?

CLARA DO AMARAL: Sağ. Yəni ekologiyaya və qurbağanın davranışına aiddir. Beləliklə, bu qurbağalar, həqiqətən, sığınacaqlı bir mühitdə qışlamırlar. Əsasən, bu aşağı temperaturlara məruz qaldıqları meşə mərtəbəsindəki dayaz çöküntülərdə qışlayırlar. Və buna görə də, əsasən həmin yerlərdə qışlamağa imkan verən strategiyalardan biridir.

IRA FLATOW: Və işiniz, Richard Lee, Antarktidada yaşayan ən böyük quru heyvanıdır.

RICHARD LEE: Tam olaraq. Demək istədiyim kim, ən böyük quru heyvanı üzərində işləmək istəməzdi. Bu doğrudur. Tam orada.

IRA FLATOW: Bu nədir? Bu nədir?

RICHARD LEE: Əslində bunlardan bir neçəsini sizin üçün gətirdim. Çox güclü bir oğlana bənzəyirsən.

IRA FLATOW: Oh, oh, oh, bu ağırdır. Bu ağırdır. Bunlar balaca milçəklərdirmi?

RICHARD LEE: Milçəklər və sürfələr.

IRA FLATOW: Milçəklər və sürfələr?

RICHARD LEE: Orada hər ikisi var. Bəli.

IRA FLATOW: Bu, ən böyük canlı quru heyvanıdır?

RICHARD LEE: Bax, əgər sən ən böyük quru heyvanı olacaqsan, ilin 12 ayı orada qalmalısan. Siz pinqvinlər və suitilər ola bilməzsiniz ki, onlar yayda gəlib çoxalır və sonra onlar çıxıb gedirlər. Orada qalıb onu götürməlisən. Və belə lunkersin bəziləri, zarafat etmirəm, altı millimetr uzunluğundadır.

IRA FLATOW: Yaxşı, ekranda onların bəzi şəkilləri var.

RICHARD LEE: Bunlar elə oradakı sürfələrdir.

IRA FLATOW: Qurdlu şeylərə bənzəyirlər.

RICHARD LEE: Hər yaxşı qurdun göründüyü budur.

IRA FLATOW: Bəs sürfələrə nə olur? Onda onlar?

RICHARD LEE: Dörd larva mərhələsi var. Onların bu mərhələlərdən keçməsi üçün iki il vaxt lazımdır. Buradakı eyni milçək qrupu öz həyat dövrünü bir il ərzində tamamlayacaqdı. Ancaq böyümək mövsümü qısa olduğundan, orada iki il çəkir.

Beləliklə, birinci, ikinci, üçüncü və dördüncü ulduzlarından keçirlər. İki dəfə qışlayırlar. Və sonra yalnız 7-10 gün yaşayan bir yetkin kimi ortaya çıxırlar. Onlar cütləşirlər, yumurta qoyurlar, yem vermirlər və bu onların həyatlarıdır.

IRA FLATOW: Mən Antarktidada olmuşam. Antarktidada qışda olduqca soyuq olur. Onlar qışda necə sağ qala bilirlər?

RICHARD LEE: Mən bunları öyrənmək üçün ilk dəfə Antarktidaya gedəndə Minnesotada doktorluq işimi etdim və orada soyuq tolerantlıq üzərində işlədim, dedim ki, vay. Antarktidaya gedəcəyik və orada soyuqlara dözümlü heyvanlar görəcəyik. Beləliklə, biz ora enirik və sınaqdan keçirik və onlar bir dəstə əclafdırlar.

Bəli, onlar dondan sağ çıxa bilirlər. Lakin məlum olur ki, okean yaşadıqları yarımadadakı adaların temperaturunu tamponladığı üçün yarımadanın ətraf mühit şəraiti olduqca yumşaqdır. Buna görə də onlar çox nadir hallarda mənfi 5 dərəcədən aşağı temperaturlara məruz qalırlar.

RICHARD LEE: Bir növ Miami kimi. Bu doğrudur. Beləliklə, bu Antarktika yarımadasının banan qurşağıdır.

IRA FLATOW: Yaxşı Klara, gəlin soyuqluğun ilk növbədə bədənimizə tam olaraq nəyi zədələdiyi barədə danışaq? Soyuq bədənimizə necə zərər verir? Orada nə baş verir?

CLARA DO AMARAL: Yaxşı, bir neçə şey var. Beləliklə, tam donmuş bir orqanizmdə bir neçə şey var. Beləliklə, ilk növbədə, ümumiyyətlə buz. Dokulardakı buz olduqca zərərlidir. Qışda suyunuzu necə tərk etməyiniz lazım olduğunu düşünürsünüzsə, borularınız donmayacaq.

İndi bu heyvanların qan damarlarını düşünün. Doğrudur, əgər içlərində buz əmələ gəlirsə, toxuma zərər verə bilər. Daxili qanaxma və buna bənzər şeylər ola bilər. Baş verən digər məsələlərdən biri də, bu heyvanların dondurulduğu zaman onlar həqiqətən nəfəs almırlar.

Beləliklə, oksigenin daxil olmadığını və karbon qazının xaric edildiyini bilirsiniz, belə demək mümkünsə çoxlu zəhərli birləşmələr yığılır. Beləliklə, bunlar əsasən təhlükəli və donma üçün zərərli olan şeylərin bir neçə nümunəsidir.

IRA FLATOW: Bilirsinizmi, Rick, mən Antarktidada olanda antifriz olan Antarktida moruqunu öyrənərkən onları seyr edirdim. Təxminən avtomobil radiatoruna qoyduğunuz antifriz dedikləri ilə eynidir.

RICHARD LEE: Bəli, bəziləri bunu edirlər.

IRA FLATOW: Bəs onların antifrizləri belədir, heyvanların sağ qalmaq üçün istifadə etdikləri bir üsuldur.

RICHARD LEE: Deməli, həşəratların çoxunun aşağı molekulyar ağırlıqlı şəkərləri və polihidrik spirtləri istifadə etdiyi antifrizlər. Qliserol, sorbitol kimi şeylər. Həşəratların qan şəkəri trehaloza disakariddir. Radiatorunuza qoyduğunuz etilen glikol kimi bunları yüksək konsentrasiyalarda yığırlar.

Və beləliklə yığılma həqiqətən inanılmazdır. Bu, çox şərbətli konsistensiyadır. İndi bu iki fərqli şəkildə işləyə bilər. Həşəratların çoxu dondan sağ çıxmır.

Ancaq bu krioprotektiv birləşmələrin yüksək konsentrasiyası olduqda, bu, onların super soyumasına kömək edir. Dondurulmamış vəziyyətdə çox aşağı temperaturda saxlayın: mənfi 40, 50, 60 və ya daha aşağı. Ancaq kiçik bir ovuc böcək donmaya dözümlüdürsə, onlar da bədəndə buz əmələ gətirdiyi üçün həşəratı qoruyurlar.

IRA FLATOW: Və sonra Clara heyvanlarda?

CLARA DO AMARAL: Deməli, ağac qurbağası da oxşar şeylər edir. Beləliklə, əsasən kriyoprotektorları yığırlar. Bu aşağı molekulyar birləşmələrə verdiyimiz addır. Və beləliklə, qan şəkəri, yəni qlükoza. Odun qurbağasının topladığı şey onurğalıların qan şəkəridir.

Başqa bir şey karbamiddir. Beləliklə ’s ümumiyyətlə məməlilərdə bir qədər zəhərli birləşmədir. Lakin ağac qurbağası bunların böyük konsentrasiyalarına dözə bilir və bu, bir çox cəhətdən kömək edir. Ancaq bunlardan biri, heyvanın donması zamanı əmələ gələn buz miqdarını azaltmaqdır. Beləliklə, donma əleyhinə deyil, ancaq buz və zərərin minimuma endirilməsinə kömək edir.

IRA FLATOW: Deməli, bir az ziyan var–

IRA FLATOW: –bu davam edir. Heç bir şey təsəvvür etməzdim ’s 100%.

IRA FLATOW: Və beləliklə, qurbağa defrost edəndə, demək istəyirəm ki, bu, heç kimin lavaboda hər hansı bir yerə damcılaması deyil, proses necədir? Bu necə olur?

CLARA DO AMARAL: Demək olar ki, əslində çox sərin, çünki əriməyə başlayırlar –

IRA FLATOW: Sərin istifadə etmək yaxşı bir sözdür.

IRA FLATOW: Özümə kömək edə bilmədim. Üzr istəyirəm. İşçilərim mənə nifrət edəcək, amma bu, yaxşıdır.

CLARA DO AMARAL: Hər şey qaydasındadır. Sən yaxşısan. Əslində içəridən başlayır. Beləliklə, əsas orqanlar, yəni ürək və qaraciyər ilk əriyir. Beləliklə, əsasən ürək döyüntüsü geri gələn ilk şeylərdən biridir. Və kənardan baxdığınızda fərq etməzsiniz.

Qurbağa çox sakitdir. Gözlər bir az parıldayır, çünki hər şey donmuşdur. Ancaq sonra yavaş -yavaş dövriyyə baş verir. Nəhayət, tənəffüs geri qayıdır.

Və onlar başlanğıcda çox ləng gedirlər və bu çox yavaş olur. Təxminən 12 saat çəkir. Və nəticədə heyvan əslində hərəkət etməyə başlayır. Və bir neçə gündən sonra tamamilə normala qayıdır.

IRA FLATOW: Bu bir sıçrayış verirmi? Digər heyvanlar üçün bir başlanğıc? Üzr istəyirəm. etməliyəm. Üzr istəyirəm.

CLARA DO AMARAL: Əslində, bəli. Demək olar ki, bir ay əvvəl bir az əvvəl əriyərkən, əslində çıxıb eşləşdikləri zaman. Beləliklə, ağac qurbağaları əslində erkən yazda cütləşmək üçün çıxan ilk qurbağalardan biridir. Beləliklə, gölməçələrə ilk çatanlar onlardır.

Bu cür müvəqqəti gölməçələrdə qışlayırlar. Dondurmaya dözümlü olmaq və qarşıdan gələn bahara belə erkən cavab vermələrinə icazə vermək, gölməçələrə erkən çatmağa imkan verir, yoldaş və sonra işlərinə davam edirlər.

IRA FLATOW: Vay, bu bir üstünlükdür. Tamaşaçıların bir sualına keçək. Bəli?

Auditoriya: Beləliklə, bu yaxınlarda məni fevral ayının ortalarında salamander köçünə dəvət etdilər. Məni dəvət edən dostum dedi ki, bu salamanders iqlim dəyişikliyindən köklü şəkildə təsirlənir. Və buna görə də merak etdim ki, başqa hansı heyvanlar da bu iqlim dəyişikliyindən keçə bilər?

IRA FLATOW: Klara, birinci getmək istəyirsən?

CLARA DO AMARAL: Əlbəttə. Əla sual. Donmaya dözümlü heyvanlar vəziyyətində. Qışların mülayim keçə biləcəyi ilə əlaqədar bir neçə problem var. Yüksək temperatur, bu orqanizmlərin enerji ehtiyatlarını daha sürətli xərcləmələri deməkdir.

Əsasən qaraciyər kimi enerji mağazalarından və orqanlarından aldıqları kriyoprotektorları. Və beləliklə, ətraf mühitin temperaturu daha yüksək olarsa, bəlkə də onlar o qədər də donmayacaqlar, lakin bu, həm də onların enerji ehtiyatlarını daha sürətli keçirmələri deməkdir, yəni bütün qışdan sağ çıxa bilməyəcəklər.

Və sonra soyuq bir sehr gəlir və bu kriyoprotektorları nisbətən tez bir zamanda düzəltmələri lazımdır, bunun üçün kifayət etməyəcəklər. Və buna görə də əslində sağ qala bilməyəcəklər.

RICHARD LEE: Eynilə, biz bəzi həşəratları görmüşük–, siz qızıl çubuqlu öd milçəyi ilə tanış ola bilərsiniz. Goldenrod, alaq otu üzərində bir top ödü var və safra içərisində dondurmaya dözümlü olan bir larva var.

Və məlum olur ki, qışda daha isti bir mikrobitə qoysanız, enerji ehtiyatlarını çox tez yandırdıqları üçün sağ qalmazlar. Bu o deməkdir ki, onlar üçün qışda yaşamaq üçün soyuq daha yaxşıdır.

IRA FLATOW: Vay. Bura gedək. Bəli?

Auditoriya Tardigrade, həqiqətən çox ekstremal mühitlərdə yaşaya bilən, çox mikroskopik başqa bir canlıdır. Və öyrəndiyiniz qurbağalara və ya milçəklərə nisbətən onun sağ qalma mexanizmlərinin bir neçəsi ilə maraqlanırdım.

RICHARD LEE: Çox maraqlı sualdır və tam hədəfdədir. Çünki biz Antarktika midgesini tədqiq edərkən, biz donmaya dözümlülük və dehidrasiyaya dözümlülük arasındakı əlaqə ilə xüsusilə maraqlanırıq. Eyni krioprotektiv birləşmələrin bəziləri tardigradlar tərəfindən istehsal olunur.

İndi tardiqradlar su getdikcə bədən kütlələrinin 1%-dən azına enə bilirlər. Çox, çox aşağı demək istəyirəm. Ancaq bu uçan sürfələr, Antarktidadan başlayaraq, ilk çəkilərinin təxminən 30% -nə qədər susuzlaşmaya dözə bilirlər. Beləliklə, biz onları qururuq. Kiçik kişmişə bənzəyirlər.

Dəhşətli görünürlər. Və sonra su əlavə edirik və onlar dolğunlaşırlar və qıvrılırlar və düşünürəm ki, bizə güldüklərini eşidə bilərəm. Çünki müxtəlif növ dehidratasiya yaşamağa öyrəşmişlər. Həm də sadəcə ətraf mühitin susuzlaşmasından, duzlu suya məruz qalmadan.

Ancaq eyni zamanda məlum olur ki, dondan sağ çıxmaq üçün hamısı hüceyrə susuzluğundan sağ çıxmaqdır. Çünki hüceyrələr xaricində buz əmələ gəldikdə, buz kafesinə yalnız su molekulları qoşulur. Bu, qalan məhlulun konsentrasiyasına səbəb olur və buna görə də su hüceyrələrdən ozmotik şəkildə çəkilir.

Və bunlar, ehtimal ki, aşağı ölümcül temperaturu tənzimləyən şeydir. Və beləliklə, donma, susuzlaşdırma, duzluluğa dözümlülük arasındakı çarpaz tolerantlığa baxırıq, əl -ələ verirlər. Və təəccüblü deyil ki, qorumaq üçün eyni fizioloji mexanizmləri görürük.

IRA FLATOW: Mən ’m Ira Flatow. Bu WNYC Studios -dan Elm Cümə günüdür. Clara, sən çox başını yelləyirsən.

CLARA DO AMARAL: Bəli və onurğalılar üçün də eyni şeydir. Beləliklə, bütün bu ekstremofillər boyunca gördüyünüz ümumi mövzular var. Belə ki, onlar ümumiyyətlə aşağı temperaturlara, aşağı oksigen şəraitinə və sonra susuzluğa dözürlər. Bu, bütün bu orqanizmlərin dondan sağ çıxa bilən üç əsas prinsipinə bənzəyir.

IRA FLATOW: İndi başa düşürəm ki, bu işin ən maraqlı tərəflərindən biri, nümunələrinizi Antarktidada ildən -ilə toplamaqdır. Və görünür ki, yol boyu vəhşi heyvanlarla tanış olacaqsan. Bəzi digər vəhşi təbiət.

RICHARD LEE: Bu, çoxlu vəhşi təbiətdir. Bu, tamamilə doğrudur.

İRA FLATOU: Həmin fotolar haqqında bizə məlumat verin. Nəyə baxırıq?

RICHARD LEE: Deməli, biz həşərat toplamağa gedirik. Burada kəpənək torları yoxdur. Mətbəxdən oğurladığımız bir qaşıqla iti qayaların üzərində sürünməyi və bu sürfələri yığmağı özündə cəmləşdirən çox texniki bir prosesdir. Sonra onları tədqiq etmək üçün laboratoriyaya qaytarırıq.

IRA FLATOW: Sizin də maraqlı görünən sakinlər var?

RICHARD LEE: Orada bir neçə dostumuz var. Bunlar buradakı adelie pinqvinləridir. Və buna görə inanılmazdır. 1980-ci ildə oraya ilk dəfə enəndə deyirdim ki, sadəcə inana bilmirəm.

Və nəhayət deyə bilərəm ki, mənə elə gəlir ki, mən National Geographic səhifələrinə getmişəm. Bu, mənim onunla əlaqə qurmağımın yeganə yoludur.

IRA FLATOW: Və bu, indi çox sürətlə dəyişən bir iqlimdir, elə deyilmi?

RICHARD LEE: Bəli. Bəs Clara, Alyaskadakı işləriniz necədir? Bu macəra ilə yetişmiş ola bilər kimi səslənir? Doğru?

CLARA DO AMARAL: Bəli və olduqca həyəcanlıdır. Doktorluq müddətində etdiyim məhsullardan biri üçün üç dəfə Alyaskaya getməli oldum. Və əsasən qurbağaları ovlayırdıq. Beləliklə, biz heç vaxt orada olmamışıq. Beləliklə, bir neçə yeri kəşf etməli olduq.

Bu kimsəsiz adalara kano sürmək kimi bir çox macəra var idi. Dəfələrlə meşənin ortasında itmək. Bəli, biz qurbağalarımızı soyuducuda saxlayırıq ki, bu, otelimizin soyuducusu kimi olsun. Sən görə bilərsən.

IRA FLATOW: humus yeməyi sevirsən? Humus və kola içmək?

CLARA DO AMARAL: Bəli, tam olaraq. Beləliklə, siz bizim pəhrizimizi və sonra açıq-aydın bizim dəyərli kolleksiyamızı görə bilərsiniz. Hər kiçik fincanda nəm saxlamaq üçün su ilə bir az süngər olan fərdi bir qurbağa var. Bəli, 10 günlük səyahətə bənzəyirdi.

Hər gün 16 saat işləyirsən. Siz sadəcə gözəl məkandasınız, amma sizin xoşunuza gəlir ki, mənim qurbağalar almalıyam. Mən qurbağa almalıyam. Düşündüyünüz yeganə şey budur. Və sonra, əlbəttə ki, ayılar tərəfindən yeyilməkdən və ya geyikdən və buna bənzər şeylərdən təpiklənməmək.

IRA FLATOW: I hate when that happens.

CLARA DO AMARAL: I know, right?

IRA FLATOW: What kinds of things can you learn about freezing and not freezing from these animals– Clara, let me ask you first– that might help benefit our health?

CLARA DO AMARAL: Sure, absolutely. So we’re looking at these organisms that basically can survive being completely frozen while we can’t take a human heart and freeze it right now. So most organs have a shelf life of four to 12 hours after they are removed from a body. And if they’re not used then they’re gone. You can’t use them.

So that would be a great application for the type of work we do. So if we can understand how these organisms can tolerate these different compounds, these different stresses. Are there things that we can extract from that to apply to cryopreservation of organs, would be one of the things.

Yeah, one of the issues is many of these protectants for mammalian tissues are toxic. But if you can figure out how these insects, how these frogs, can tolerate such high concentrations maybe you can then translate that to an actual application for organ preservation.

IRA FLATOW: Wow, sounds fascinating. I want to thank you both for taking time to be with us today. Richard Lee, Professor of biology, director of the ecophysiological cryobiology lab. That’s cold stuff.

IRA FLATOW: At Miami University and Clara do Amaral a comparative physiologist, assistant professor of biology at Mount St. Joseph University in Cincinnati. Thank you both for taking the time to be with us today.

After the break we’ll talk about how fossilized pollens and plants can reveal clues about how our ancient ancestors evolved.


How can frogs tolerate freezing while humans cannot? - Biologiya

(Click thumbnail images for larger photos.)

Name Derivation

The common name of the Wood Frog is pretty obvious, it's a frog that is found mainly in wooded areas. The scientific name derives as follows:

Lithobates (from Greek) - meaning a stone (Litho) that walks or haunts (bates), sylvaticus (from Latin) - pertaining to woods or forests.

Təsvir

V ood frogs can grow to 50 mm (2 inches) in body length. Stretched out, a frog with a 50 mm long body might reach 140 mm from its snout to the tip of its toes. Females tend to be larger than males. Wood frogs are quite variable in colour, but are usually a mottled brown (the colour of dead leaves on the forest floor), with a black mask-like patch from their eyes to the line of the jaw. Females are usually more rusty red in colour.

Dağıtım

The wood frog is the most widely distributed amphibian occurring in Manitoba. It is the only frog that can be found throughout the entire province of Manitoba. In North America it occurs throughout Canada, as far north as the tree line (the edge of the Arctic tundra) and through most of the northern United States as far south as Georgia in the east.

Yaşayış yeri

A s its name implies the wood frog is found mainly in wooded areas, but can live in meadows, or even urban areas. Populations of wood frogs can survive just about anywhere there is enough water available in the spring in which to breed. They prefer to breed in "vernal ponds" - small, temporary ponds arising from the spring snow melt. Any pond that holds water until the end of June can be used for rearing their young. Wood frogs will breed in larger bodies of water including lakes and slow flowing streams, but prefer temporary ponds which do not harbour fish and other predators that would eat both eggs and tadpoles.

Adult wood frogs eat insects and other small invertebrates. Like most frogs and toads they will eat just about any animal that will fit into their mouths! The tadpoles are primarily herbivorous, eating algae and decaying plant matter, but they will eat dead animal flesh (even other dead tadpoles) if it is available. They have small beak-like mouths with which they rasp or scrape away at food items. Adults have wide mouths and a sticky tongue they can flick out to capture prey.

Wood frogs can be raised from egg to small froglets in less than 50 days. All that is required is a container with clean, oxygenated water and simple foods, such as boiled lettuce or fish food (commercial flakes). Yoxla: Wood Frogs in the Class RoomFrog Log.

Reproduksiya

V ood frogs make their way to breeding ponds as soon as the weather allows in the spring, often as early as mid-April in southern Manitoba (though they have recently been recorded laying eggs in late March!). Males call to attract females throughout the day, but evening is usually the time of greatest breeding activity. The call of the wood frog sounds like "quork, quork, quork".

Play the mating call of a Wood Frog

M ales clasp onto the backs of females and deposit sperm into the water as the female lays her eggs. The egg mass, which may contain many hundreds of eggs, is attached to vegetation near the surface of the water. The eggs usually hatch in under 1 week, but cold weather resulting in cooling of the pond can slow development. Growth of the tadpoles depends on water temperature and food availability. In the wild, tadpoles may transform into their adult form by late June or early July. In captivity, with warmer temperatures and assured food supplies they can transform by mid-June. Growth and transformation can be delayed by as much as 2 months if food is limiting in the wild. Newly transformed frogs, called froglets, are quite small, often only 10 mm (snout to vent). They require 2 or more years to reach full adult size.

Watch Wood Frog eggs become froglets in this NatureNorth Critter Video!

Attention all amphibian lovers!

If you want to help conserve amphibians in Manitoba then get involved with the Manitoba Herps Atlas ! When you find a critter enter a record to help build a province-wide database of species' locations and natural history.

Habits

A fter the spring breeding period, adult frogs leave the ponds to spend the summer foraging for insects, worms and other invertebrates. In summer they are most active at night. In cooler times of the year (spring and fall) wood frogs are more active during the day. The home range of individual frogs can be as small as 100 square metres (0.01 ha or 0.03 acre), but is quite variable. Wood frogs spend winter on land, under leaf litter, logs or rocks. They are one of several species of frogs that can tolerate freezing of their body tissues.

H ibernating on land and experiencing freezing may seem like a drastic lifestyle, but it has some real rewards. Chief among these are access to habitats far from permanent bodies of water and the ability to start breeding early. Without the need for large bodies of water for hibernation, wood frogs can live in areas far from permanent water bodies. The forest floor where they lie dormant for the winter warms quicker in the spring than do large ponds, marshes or lakes, freeing the wood frog to start its breeding cycle much earlier. The vernal ponds that the wood frog uses for breeding also warm faster and stay warmer than larger water bodies allowing for rapid growth of tadpoles in an environment largely free from aquatic predators. A new crop of froglets is launched by late June or early July before summer's heat dries out the vernal ponds.

(There are real disadvantages to hibernating in ponds, too, see our Winter Kill article.)

How do wood frogs have the energy to mate and produce large masses of eggs first thing in the spring, before most of the insects and invertebrates they eat have emerged form hibernation? They take it into cold storage with them! By late fall the frogs have stored enough fat and glycogen (a storage form of the sugar, glucose) to get them through the breeding season and sustain them until new prey appears in late spring. Also, they will have produced their eggs and sperm before heading into winter those freeze undamaged, too.

Being cold blooded does have its advantages. While mammals and birds must meter out their precious stores of food and fat just to stay warm and endure the winter, wood frogs and other cold-blooded critters emerge from winter fat and fit.

Thanks for learning about Wood Frogs! Bye for now.

Təşəkkürlər

T hanks to Bill Preston, Curator (retired) of Reptiles, Amphibians and Fishes at the Manitoba Museum of Man and Nature for information and the frog sounds. Thanks also to Jan and Ken Storey at Carleton University, Ottawa for some information and images.

MORE Frog Stuff

F ollow this link for more Frog and Toad Calls.

For more on "frog-sicles" and other cryogenic creatures check out our Winter Issue article Frozen Alive.


Freeze tolerance evolution among anurans: Frequency and timing of appearance ☆

Despite numerous mechanistic studies on physiological responses supporting freeze tolerance in anurans, few have addressed the evolutionary significance of this trait. We thus investigated the phylogenetic relationships among anuran species whose freeze tolerance has been assessed and in combination with new data on freezing tolerance of two closely related species of the European brown frogs (Müasir dövrRana dalmatina). The species we studied exhibited short survival times in frozen state (around 8 h for both species). Phylogenetic analysis suggests that freeze tolerance evolved at least two times among Ranidae and one or two times among Hylidae and never in Bufonidae. Furthermore, in order to assess the timing of divergence of this character we used a relaxed molecular clock created, and found that the most recent separation between a freeze tolerant species and a freeze intolerant species dates from 15.9 ± 7.6 Myr (Rana arvalisR. temporaria). The comparison between these two species thus represents the best current model to understand freeze tolerance evolution. Addressing the evolution of this trait with such large-scale approaches will not only improve our understanding of cold hardiness strategies, but might also create a framework guiding future comparative studies.


Jon Costanzo, senior research scholar in the Department of Biology, is helping unlock the mystery of how wood frogs (Rana silvatikası) can freeze in winter — with their hearts not beating while frozen — then quickly resume normal life after thawing in the spring.

Findings of Costanzo’s work with University Distinguished Professor of Zoology Richard Lee and graduate students Clara do Amaral and Andrew Rosendale were reported in the August 21 issue of the Eksperimental Biologiya Jurnalı. The researchers found that the freeze-tolerant frogs can survive at temperatures much lower than previously reported.

The National Science Foundation-supported research also has led to some new discoveries related to underlying physiological mechanisms that allowed frogs from the interior of Alaska to survive freezing at minus 16 degrees Celsius. They required only two days of thawing to resume normal movements.

The research team’s work was featured on the TV science program NOVA’s “Making Things Colder” and in a David Attenborough production, “Natural Curiosities” earlier this year. A third, yet-to-be scheduled, program — the BBC’s “Hidden Kingdoms” — will also discuss the research.

Focusing on the differences between Ohio and Alaskan wood frogs, the researchers collected dozens of frogs on the verge of hibernation near Fairbanks, Alaska, to study how they prepared for winter.

Back at the Miami campus, the researchers placed the frogs in programmable environmental chambers and manipulated temperature and light exposure for six weeks to simulate the frogs’ normal conditions.

“We kind of faked them out as if they were being subjected to decreasing temperature and decreasing daylight like they would experience in the field,” he said.

While studying how they changed physiologically, they discovered something that surprised even Costanzo, who has been studying the creatures for 25 years.
Costanzo said the finding that the frogs broke down muscle protein at this time, was “completely unexpected” because they would have to breed soon after emerging from hibernation.

The frog “needs good muscle tone, good muscle structure, to be able to pull that off,” Costanzo said. “Yet these frogs were using some of their muscle protein before winter.”

Researchers believe that occurs so the frogs can use nitrogen in the protein to produce urea. Although humans and other creatures also produce urea, a waste byproduct, they quickly release it from their bodies. The frogs don’t.

“Rather than urinating to get rid of the urea, they’re hanging onto it and they really stacked it up,” Costanzo said.

While the researchers have known for a while that the frogs produce urea heading into winter, they don’t yet understand how they are able to retain it the way they do.

“The concentration of urea in their blood was just huge and way more than we’d ever seen in the frogs from Ohio,” he said. “We’ve never seen the accumulation like we’ve seen in these Alaskan frogs. It’s really spectacular.”

Urea, a cryoprotectant, can help tissues survive freezing stresses and also stabilize membranes.

“It can help brain tissue tolerate swings in salt concentration, which you might see in freezing and thawing,” he said, “so urea is probably one of their secrets.”

Costanzo said urea also helps depress metabolism while the frogs hibernate for nearly eight months.

“They are not going to be feeding so depressing their metabolism during the winter is really important to survive because it’s going to help them last longer on their stored energy reserves,” he said.

The research also found the frogs produce glucose, which is ordinary blood sugar, as they’re freezing and accumulate that to high levels, too, which appears to help the cells tolerate freezing.

“We don’t know exactly how they are dehydrating their organs during freezing but we know the organs shrink,” Costanzo said. “The idea is that rather than have all that water remain in the organ and freeze and become big chunks of ice, have that water freeze outside where it’s not going to harm the tissue structure.”

The researchers found the Alaskan wood frogs survived to temperatures of minus 16 degrees Celsius, which is 11 degrees colder than Ohio wood frogs survived in testing.

“They also survived a two-month period of freezing” at minus 4 degrees and required only two days to get back “up on their feet and looking great,” Costanzo said.

The response time for the Ohio frogs was a week or longer.

“Given they came back in two days, we think they probably can go much lower than minus 16,” he said.

Rosendale said that they pursue this kind of research because it’s fascinating but realize that their discoveries may eventually lead to medical breakthroughs.

Scientists for years have been able to preserve simple systems such as embryos by freezing them. Regarding organ transplants, medical personnel ship and store organs on ice because they are trying to lower the temperature as much as possible to reduce damage.

“But they can’t freeze organs yet,” Costanzo said.

If there is something that can be applied from the wood frog research, it is the role cryoprotectants play in improving freezing survival.

“That is something the frogs demonstrated very well,” he said.

Additionally, understanding the winter biology of ectotherms such as frogs may help predict consequences of climate change for their survival, according to Lee.

Written by Margo Kissell, University News & Communications, Miami University. This article originally appeared August 21, 2014 on the Miami University News & Events website, and is re-used here with permission.


Cold or freezing as appropriate anesthesia or euthanasia for amphibians and reptiles

Here, we discuss important points related to the issue of whether cold and freezing are, under certain conditions, humane methods for either supplementing recognized methods of anesthesia or as a primary method of euthanasia of small ectothermic tetrapod vertebrates.

Hypothermia and anesthesia

Hypothermia has been used as a primary or supplemental method for anesthesia and analgesia for more than a century, both in ectotherms and endotherms (Blair 1971, Phifer and Terry 1986, Martin 1995, Suckow et al. 1999). In the sciatic nerves of toads, low temperature exerts the same structural and electrophysiological effects on myelinated nerves as various local anesthetics (Luzzati et al. 1999). However, the molecular events associated with anesthesia remain controversial (Mullins 1991, McKemy 2005, Foulkes and Wood 2007), as do opinions about guidelines for whether hypothermia is a clinically efficacious method for anesthesia (Martin 1995). This is because low temperature may lead to apparent paralysis without having fully blocked nociception. Data from studies of fishes suggest that rapid cooling can provide rapid anesthesia, potentially low mortality rates, improved safety, and an effective anesthetic method for scientific research (Matthews and Varga 2012, Chen et al. 2014). Although we do not recommend low temperature as a sole mode of anesthesia, we believe it can be very useful as a supplement to other methods (see below).

An important issue related to transient hypothermia for supplemental anesthesia is the potential for immunosuppression and the subsequent development of infectious disease. The immune responses of amphibians and reptiles are temperature sensitive—often with their strongest responses occurring at “optimal” temperatures specific to a species (Zimmerman et al. 2010)—and can be suppressed by periods of hypothermia or variations of temperature (Cooper EL et al. 1992, Maniero and Carey 1997, Raffel et al. 2006). Temperature can also affect the prevalence and life cycles of pathogens in addition to immune defense. Problems attributed to hypothermia have been discussed in several publications related to commercially farmed fish and stranded, “cold-stunned” sea turtles (e.g., Bly and Clem 1992, Innis et al. 2009). In the case of sea turtles, only a portion of populations succumbs to “cold-stunning” and their preconditions are not known. Conversely, it has been suggested that amphibians can tolerate, or even benefit from, natural patterns of rapid warming and cooling (Terrell et al. 2013). Cooling is not logically implicated to impose long-term health problems for individuals or populations of species that naturally experience seasonal or daily bouts of exposure to low temperature (Storey and Storey 1992). Most importantly, there are no studies that indicate that very short-term hypothermia (e.g., less than 1 hour of supplemental anesthesia) negatively affects the subsequent health of ectothermic tetrapods. Snakes representing several species that were cooled to low temperature as supplemental anesthesia during cardiovascular surgeries recovered normal behaviors rapidly and survived well for periods of months until they were released or transferred to other projects (personal observations by HBL and RSS). We suggest the possible effects of very short-term hypothermia (less than 2 hours of supplemental anesthesia) would be an interesting and profitable area of further research.

Temperature and conduction of nerve signals

The conduction velocities for neuronal action potentials decrease with decreasing temperature and may cease at temperatures close to 0°C. There is a clear linear relationship between temperature and the velocity of nerve conduction in tortoises, and nerve blockage occurs at temperatures of 1°C–3.5°C (Rosenberg 1978). Similarly, conduction by peripheral nerves is blocked at about 0°C–2°C in bullfrogs (Roberts and Blackburn 1975). Therefore, the excitable membranes of some ectothermic vertebrates experience cold block of action potentials at low temperatures near freezing. In addition, blockage of nociceptive C fibers occurs at higher temperatures than does blockage of neuromuscular A fibers in bullfrogs (Roberts and Blackburn 1975). In general, the blockage of nerve conduction in mammals occurs at higher temperatures compared with that in ectothermic vertebrates (e.g., Rossi and Britt 1984). For example, anesthetized goats do not respond to peripheral painful stimuli when they are cooled to about 20°C and the anesthetic is removed (Antognini 1993).

Still, cold-resistant and freeze-tolerant species retain functionality at very low temperatures, with the variability of response depending on the thermal adaptations of species (Daló et al. 1995, Costanzo et al. 1999, Madsen et al. 2013). Cold-resistant amphibians and reptiles are capable of coordinated movements down to freezing temperatures and can readily respond to stimuli such as a leg pinch. However, their response to continued lowering of temperature alone does not appear to be one of stress or panic (personal observations by KBS and HBL). Notably, there are no indications of pain withdrawal or distress in the response to simple chilling or freezing when amphibians or reptiles are not touched, which implies that cooling or freezing öz başına is not a painful or distressful stimulus.

Therefore, we believe that a sensation of pain attributable strictly to hypothermia is not present during cooling of whole ectothermic animals before ice crystals begin to form, and this reflects their natural history and assures that these animals retain mobility and other functions at low temperatures. Some will correctly suggest, therefore, that cold temperatures do not readily induce unconsciousness in these animals (Martin 1995, Madsen et al. 2013). The point here, however, is that a trajectory of lowering whole-body temperature to freezing eliminates the possibility of pain that might be associated with freezing of the entire animal. Again, the possibility of pain in freezing tissues is physically impossible.

Temperature and brain function

Normal brain function depends on temperature and ceases at low temperatures approaching 0°C in cold-sensitive ectothermic vertebrates. There is a close relationship between brain temperatures and cerebral metabolism, which is reduced dramatically at low temperature (LaManna et al. 1980, Mrozek et al. 2012). The restoration of neuronal membrane potential following depolarization requires energy and suggests a direct link between temperature and neuronal activity (Sokoloff 1999). Moreover, temperature also influences the passive properties of neuronal membranes, synaptic transmission (including release, reuptake, and diffusion of neurotransmitter) and cerebral blood flow (Mrozek et al. 2012). Electro-encephalographic studies demonstrate near-zero activity in recordings from the brains of amphibians or reptiles having body temperatures close to 0°C (Hunsaker and Lansing 1962, Shine et al. 2015). Although only a small number of cold-tolerant species have been studied (Daló et al. 1995, Madsen et al. 2013), one might expect near-zero brain activity to be characteristic of numerous taxa.

Bispectral analysis is a statistic applied to EEG waveforms to monitor the depth of anesthesia. Research in humans indicates that the bispectral index (BIS) decreases by 1.12 units for every °C decrease in body temperature (Mathew et al. 2001). It would be useful to develop a bispectral index for use in monitoring the effects of hypothermia in amphibians and reptiles.

Formation of ice crystals

Physical laws contradict the assumption that ice crystals cause pain. The formation of ice crystals will block the movement of all charged particles (freezing them in place) and thereby disrupt any activity of excitable membranes and thus inhibit neural transmission as well as any central integration of “pain.” Therefore, any pain experienced concurrent with the initiation of ice formation could be near instantaneous and quickly blocked as ice penetrates through the body and impairs nerve function. In anurans, ice crystals form at –1°C to –4.3°C (Storey and Storey 1986, Hillman et al. 2009). As we have discussed above, peripheral nerves are unlikely to transmit signals when tissues of cold-sensitive species are below 0°C, and the brain is likely to be inactive as well. Thus, nociception or perception of pain is not possible at temperatures that induce formation of ice crystals in tissues, and the creation of a crystal lattice involving neural tissue would further prevent any neural activity. Therefore, we conclude that the transmission of pain associated with freezing is not possible. Note also that cryoprotectants identified in some cold-resistant and freeze-tolerant amphibians would delay but not stop the disruption of excitable membrane function associated with the formation of ice crystals. Moreover, cooling and freezing for euthanasia would not engage time courses sufficiently long to produce effective amounts of cryoprotectants in those freeze-avoiding species that are capable of such protection.

When freezing at any particular location seeds growth of ice crystals, the subsequent change of water to ice can be very rapid at the freezing point (Packard et al. 1993, Cziko et al. 2006, Cheng and Detrich 2007), although the freezing kinetics of organisms can vary considerably depending on the mass of the organism, its water content, and the cooling capacity of the microenvironment (Claussen and Costanzo 1990). Moreover, the rate of nucleation (crystal growth) is faster in tissues than in water, depending on colloidal or macromolecular inclusions (Stephenson 1956). Therefore, when smaller amphibians or reptiles are cooled and the entire body approaches freezing, the end result is likely to be a very rapid formation of ice. When larval polar fish having low concentrations of antifreeze proteins are cooled to an organismal freezing point causing ice crystals to form (–0.99°C to –2.63°C), complete freezing occurs within 1–2 seconds of the onset of the growth of crystal (Cziko et al. 2006).

Freezing might occur much more slowly in freeze-tolerant species or in animals that cool very gradually or intermittently under natural conditions in the field (Storey and Storey 1992). Again, however, it seems contrary to natural processes that such “slow freezing” would render animals to be in pain for prolonged periods while subject to normal conditions in natural environments. Alaskan wood frogs sometimes undergo multiple, repetitive cycles of freezing and thawing in their natural environment (Costanzo et al. 2013, Larson et al. 2014).

Cooling of tropical species

Cooling of low-elevation tropical species to temperatures approaching 0°C can kill tropical species without formation of ice crystals in body fluids or tissues (Wilson et al. 2009). Therefore, we consider either rapid cooling in an ice bath or slower cooling in a refrigerator and/or freezer (Shine et al. 2015) to be a humane method of euthanasia for small tropical amphibians and reptiles because low temperatures will suppress nerve and brain function as discussed above. Moreover, the use of chemical agents for euthanasia might induce equal or greater levels of distress (see below). Generally, freezing of zebrafish is allowed by current guidelines, and we suggest this practice also should be extended to small species of tropical amphibians and reptiles.

Pain and distress associated with chemical agents

The injection of euthanizing chemicals can be painful and induce neural and behavioral effects that are highly variable in different species (e.g., Wilson et al. 2009). Arguably, the humane use of chemical agents to induce anesthesia or death in animals depends on appropriate parameters of delivery such as volume, concentration, site and rate of injection, and appropriate buffering. Whereas zebrafish display signs of distress both to buffered and to unbuffered tricaine methanesulfonate (MS222 Wilson et al. 2009, Mathews and Varga 2012), Conroy and colleagues (2009) outlined a two-stage protocol for euthanasia of small reptiles with MS222 suitable for use in both the laboratory and the field. Because of the interspecific variation of responses to chemical agents, the judicious and humane use of chemical anesthetics potentially requires clinical trials and training that is appropriate for any species of wildlife in question. One of us (ERJ) has continued to modify euthanasia methods over 46 years of research and clinical experience with amphibians and reptiles.

Field research

We propose that freezing can provide a humane and practical means of euthanasia for amphibians and reptiles that might be investigated in remote or particular field situations in which the appropriate chemical agents required for euthanasia by current guidelines are not available. Moreover, there are many locales where the transport of controlled substances places the investigator in legal or physical jeopardy, thereby also threatening the viability of the project and the humane treatment of animals that are involved.


No falling iguanas here, but maybe tegus

Some North Floridians surely feel they are missing out on something really neat by not having torporous iguanas falling out of trees.

Or pythons as long as a minivan slithering around, for that matter.

Iguanas in particular get a lot of attention when the weather turns cold because they get so lethargic and stiff that they can become falling hazards from above.

But one exotic reptile can tolerate colder weather. It is in Alachua County and it is one scary-looking lizard.

&ldquoWe have some records of the Argentine black and white tegu and they certainly have the ability over time to become established around here if the population got going and something wasn&rsquot done about it,&rdquo University of Florida associate professor Steve Johnson said. &ldquoThere&rsquos been at least half a dozen or so in Alachua County. They can tolerate cold weather. They go underground to avoid the cold.&rdquo

Johnson is in the Department of Wildlife Ecology and Conservation, specializing in reptiles and amphibians.

South Florida&rsquos warm, moist climate is ideal for many invasive reptiles, most of which started as pets that escaped or were released into nature by their owners.

Pythons are eating or displacing native wildlife, particularly in the Everglades. Iguanas, now commonly seen in yards, are pests that eat vegetables in gardens and leave behind a lot of waste.

Cane toads &mdash bufo toads to old-timers &mdash have a toxic poison that can kill pets.

And now, tegus. They are on the increase, can grow to 5 feet long and, while they do not attack humans, they are eating native animals that are beloved in Florida.

The Florida Fish and Wildlife Conservation Commission did an analysis of a tegu&rsquos gut and found remains of juvenile gopher tortoise, a protected species in Florida.

Tegus raid nests of other wildlife, including alligators, to eat the eggs. They will also munch on agricultural crops.

&ldquoThough current population estimates are not available for this species, evidence suggests possible expansion of their populations in Florida,&rdquo FWC reports. &ldquoAdults have few predators and can give birth to large numbers of offspring per year, increasing the risk of populations spreading beyond their established ranges and impacting surrounding areas.&rdquo

As with iguanas and pythons, tegus can be killed on private property &mdash but it must be done humanely. They can be shot or stabbed through the head and brain, for instance, but they cannot be drowned or poisoned.

Reptiles find mates through scent. Once enough exotics are released for them to find another and breed, the boom starts.

North Central Florida is home to a number of invasive small reptiles and amphibians &mdash Cuban brown anoles, Cuban tree frogs and various geckos among them.

Some gecko species are strictly female and lay fertile eggs without having to mate, Johnson said.

Brown anoles can displace the native green anoles and Cuban tree frogs eat native frogs.

Johnson added that a study of garter snakes fed a diet of Cuban tree frogs showed they did not grow as well compared to a diet of native fish and frogs.

The exotic anoles, geckos and frogs likely came to Florida and the U.S. as stowaways in cargo.

&ldquoThey inadvertently move with people,&rdquo Johnson said. &ldquoThese have not come through the pet trade because they are not a flashy species.&rdquo


Guest Blog: Freezing Wood Frogs

Dr. Jon Costanzo, Senior Research Scholar and Adjunct Professor in the Department of Zoology at Miami University in Oxford, OH was invited to tell us about his amazing research on wood frogs animals that can actually survive freezing! Here is his post:

In a recent post, Dr. Dolittle commented on our poster.pdf presented at the Ohio Physiological Society's meeting in Cincinnati, Ohio. We reported on seasonal variation in the abundance of proteins within the liver of the wood frog (Rana silvatikası), the most cold adapted of all North American amphibians. The wood frog is one of about a dozen known species of amphibians and reptiles that are naturally "freeze tolerant," meaning that they tolerate the freezing of their tissues under naturalistic thermal and temporal conditions.

Wood frogs inhabit forests from the southern Appalachian Mountains north to Labrador
and west to Alaska, where they occur within the Arctic Circle (Figure 1). Throughout their range they hibernate beneath the forest duff, enduring dehydration and hypothermia, and passing many months without feeding.


Şəkil 1: Geographic range of the wood frog, Rana sylvatica. http://en.wikipedia.org/wiki/Wood_Frog

Depending on the weather and other factors, frogs may become frozen for periods lasting from hours to several weeks, and at high latitudes, perhaps months. While frozen they appear inanimate and have no heartbeat or pulmonary breathing, yet they completely recover upon thawing.

Şəkil 2: Fully-frozen adult wood frog. Photo credit: Evelyn Dietz.

The wood frog can survive the freezing of up to 65-70% of its body water so long as it cools slowly (and ice accumulates gradually) and body temperature remains above some critical temperature. This temperature is -5 to -6°C for frogs indigenous to the Midwestern United States and southern Canada, but apparently is much lower for frogs of northern populations. With support from the National Science Foundation, our current research project aims to elucidate the molecular and physiological basis for extreme freeze tolerance in Alaskan wood frogs.

Şəkil 3:Biophysical and physiological responses to freezing and thawing of the wood frog. A: exothermic rise in body temperature after freezing begins (at time zero), followed by gradual cooling B: initial increase in heart rate followed by cardiac arrest C: accumulation of ice in tissues to a survivable equilibrium level D: rapid accrual of the cryoprotectant, glucose, in tissues E: protective dehydration of tissues during freezing and rapid rehydration following thawing. Adapted from our review article.

Natural freeze tolerance, which was first reported for amphibians by William D. Schmid some 30 years ago, is a remarkably complex adaptation. During freezing, ice forms only in the blood and spaces outside cells intracellular freezing is lethal to nearly all organisms. Freezing/thawing stress is ameliorated by "cryoprotectants," certain organic solutes that limit cellular shrinkage and protect membranes and macromolecules. Cryoprotectants used by the wood frog include glucose, which is quickly synthesized in the liver after freezing begins, and urea, which gradually accumulates in tissues during autumn and early winter. As a bonus, high levels of urea also contribute to a metabolic depression that reduces energy use during dormancy. Tissue damage is further minimized because much of the water within the organs is translocated to the coelom before it freezes. Post-thaw resumption of normal behavioral and physiological functions can occur within 12-24 hours, but may be delayed several days if the freezing exposure was severe. A time-lapse video of the usual thawing/recovery process can be viewed here . In the video, time is compressed 120:1.

Research in our Laboratory for Ecophysiological Cryobiology addresses the mechanisms permitting various species of insects, amphibians, and reptiles to thrive in cold environments. Some of these animals spend over half of their lives in hibernation, yet relatively little is known of their winter biology. Understanding this facet of their life history may help predict consequences of climate change for their survival, as cold tolerance governs the distributional patterns of many ectotherms. Furthermore, investigation of natural cold-hardiness mechanisms may contribute to knowledge in various applied disciplines, such as integrated pest management, tissue cryopreservation, and organ banking.


Videoya baxın: Qurbağa ilə zobun müalicəsi (Sentyabr 2022).


Şərhlər:

  1. Dainris

    Müəlliflə əl sıxardı və bütün nifrətlərini üzünə vuracaqdı.

  2. David

    Bu barədə nə demək olar?

  3. Abdul-Quddus

    It agree, rather the helpful information

  4. Nikotaur

    Bravo, nə lazımi sözlər ..., əla bir fikir

  5. Dokinos

    And yet, much remains unclear. If it does not make it difficult, write in more detail.

  6. Keramar

    Söz əla və vaxtındadir



Mesaj yazmaq