A békák fegyverei glükóz ellen fagy ellen
A fagyasztás halálra fagyás nélkül olyasmi, amit nemcsak sok rovar és más kúszó állat megért. Néhány kétéltű sértetlenül is megolvadhat, ha testfolyadékának nagy része jégbe fagyott. Az anyagcsere ennek megfelelő átalakítása azonban sok energiába kerül - ami csökkentheti a túlélés és a szaporodás esélyét. Ennek eredménye a londoni Nyugat-Ontariói Egyetem kanadai tudósai, akik az észak-amerikai fafékát (Rana sylvatica) tanulmányozták, amely a helyi közönséges béka (Rana temporaria) közeli rokona. A tesztállatok egy Ottawa melletti erdőből érkeztek, ahol az erdei békák hibernálnak a levélalom alatt. A holt télen általában annyi hó van fent, hogy jól védik a jeges hőmérsékletektől, még akkor is, ha a levegő néhány éjszaka mínusz 30 Celsius-fokig hűl.
Leginkább késő ősszel, amikor kevés hó esett, és kora tavasszal fagyos a békák számára, amikor a hótakaró már olvad a napon. Igaz, hogy az erdő talaján lévő levelek alatt a hőmérséklet ritkán csökken fagypont alatt néhány fokkal. De még mínusz 1,4 foknál is kritikus lesz a békák számára. Ha jéggel érintkezik, jégkristályok is képződhetnek a testében. Amint azt a helyszínen végzett folyamatos hőmérsékleti mérések mutatják, a levélalom alatt elrejtett erdei békák egy tél folyamán egy-két tucatszor megfagynak, és általában egy nap után újra felolvadnak. A Brent J. Sinclairrel dolgozó kutatók ezeket a fagyos fázisokat kis műanyag kamrákban szimulálták, amelyek lehetővé teszik a levegő elemzését. Amikor az ottani hőmérséklet észrevehetően fagypont alá süllyedt, a ketrecbe rakott béka hirtelen sokkal több szén-dioxidot lélegzett ki, így drasztikusan megnövelte az energiafelhasználását ("The Journal of Experimental Biology", 216. kötet, 292. o.). Ez nem csoda - mert amint az első jégkristályok kialakulnak a testében, a béka elkezdi lebontani a májban tárolt glikogént.
Az ily módon előállított glükóz fagyállónak tűnik. Eltávolítja a vizet a testszövetből, és biztosítja, hogy apró jégkristályok csak a sejteken kívül nőjenek, ha egyáltalán. Amikor a szív végül abbahagyja a dobogást és a légzés leáll, az anyagcsere csak a hátsó égőn fut, minimális energiafelhasználással a glükóz lebontása révén. Csak akkor indul újra az anyagcsere, ha a környezeti hőmérséklet olyan magasra emelkedik, hogy az erdei béka megolvad, és testszövete ismét felszívja a vizet. Most a maradék glükózt vissza kell szállítani a májba és glikogénként kell tárolni. Ekkor fontos az elkerülhetetlen erdőkárok helyrehozása is.
Fagypont fölötti hőmérsékleten a békák elsősorban zsírpárnáikra támaszkodnak anyagcseréjük fenntartása érdekében. Ha a jövőben a tél melegebb lesz, félő, hogy ezek a zsírtartalékok sokkal gyorsabban csökkennek. A lesoványodott állatoknak ezután képesnek kell lenniük arra, hogy tavasszal ennek megfelelően kevesebb energiát fektessenek az utódok termelésébe. A melegebb éghajlat kevesebb hóval az erdei békák számára azt is jelentheti, hogy téli negyedében gyakrabban fagynak meg és olvadnak fel. Ennek eredményeként, ha túl gyakran kell használniuk a glükózt fagyállóként, a glikogénkészletük idő előtt elfogyhat.
A kivételesen hosszú és hideg tél természetesen szintén különleges kihívást jelent. Elterjedési területük legtávolabbi északi részén az erdei békáknak alkalmazkodniuk kellett ehhez. Az Alaszkában otthon tartózkodó állatok sokkal nagyobb erőfeszítéssel készülnek a fagyos évszakra, mint a déli régiókban élő fajtársaik. Jon Costanzóval dolgozó tudósok az oxfordi (ohiói) Miami Egyetemről ezt fedezték fel, amikor különböző eredetű erdei békákat vittek éghajlati kamrájukba.
Még azelőtt, hogy a hőmérséklet jeges lett volna, az alaszkai erdei békák sokkal több fagyálló anyagot halmoztak fel, mint az ohiói laboratóriumi állatok. Például a vérükben a karbamid koncentrációja a tízszeresére nőtt a háromszoros helyett ("The Journal of Experimental Biology", 216. évf., 3461. o.). Mivel a karbamid akkor keletkezik, amikor a fehérjemolekulák lebomlanak, az északi messzi erdei békákban bőven van. A déli rokonaikkal ellentétben csökkentik izomtömegüket, miközben felkészülnek a közeledő télre. Ezenkívül ősszel megolvasztják az összes zsírlerakódást, hogy feltöltsék a májuk glikogénraktárát. Az ohiói békákhoz képest, akik izmaikat érintetlenül hagyják és csak a zsírtartalékaik egy részét áldozzák fel, több mint háromszor annyi glikogént tárolnak.
A bőséges glikogénkészlet ezután segít szembeszállni a sarkvidéki környezettel. Ha az alaszkai erdei békák fokozatosan annyira lehűlnek, hogy vérük glükózzal dúsul, akkor mínusz 16 Celsius-fokos hőmérsékletet képesek túlélni. Ezután a test vízének mintegy kétharmada befagy. Az ohiói rokonok sokkal korábban érik el ezt a pontot. Ha testhőmérsékletük mínusz 5 fok alá csökken, akkor ezeknek a békáknak kevés esélyük van a túlélésre. Csak néhány nap múlva, gyengébb fagyokban képesek megolvadni károsodás nélkül. Egy-két napon belül a vércukorszint visszaesik a normális szintre: A már nem szükséges glükóz visszavezetésre kerül a májba, ahol glikogénné alakul és csak fagyállóként mobilizálódik, amikor a következő hideg megpattan. Amikor az Alaszkában honos erdei békák megolvadnak, vércukorszintjük lassan csökken. Öt nap elteltével a vérében továbbra is a glükóz mennyiségének több mint tízszerese lesz, mint a fagyasztó előtt. Valószínűleg készek biztosítani, hogy a fagyveszély ne kerüljön ilyen gyorsan elhárításra - elvégre az alaszkai tél akár nyolc hónapig is tart.