Спочатку — важливе уточнення. У більшості знайомих нам тварин зимова сплячка або зимовий спокій означають різке уповільнення життя: падає активність, сповільнюються дихання, серцебиття й обмін речовин. Лісова жаба робить майже немислиме: вона дозволяє значній частині води у власному тілі перетворитися на лід, а серцю й диханню — зупинитися.

Тобто це не просто «дуже глибока сплячка». Під час звичайної зимівлі організм переважно намагається уникнути руйнівного замерзання тканин. Лісова жаба, навпаки, зробила саме замерзання частиною своєї стратегії виживання.

Для більшості хребетних це був би кінець. Для неї — зима.

Не спить — замерзає

Лісова жаба — Rana sylvatica; у великій частині наукової літератури використовується також назва Lithobates sylvaticus. Це невелика бура жаба з характерною темною «маскою» біля очей. Вона живе у Північній Америці, зокрема в регіонах із дуже суворими зимами.

Коли температура падає нижче нуля і починається замерзання, лід утворюється не лише навколо жаби, а й усередині її тіла. У добре вивченої лісової жаби може замерзати приблизно 65–70% загальної води організму — переважно у позаклітинному просторі. Вода виходить із клітин до ділянок, де формується лід; клітини сильно зневоднюються, але завдяки спеціальним захисним механізмам не руйнуються.

У замороженому стані звичайних ознак життя майже немає: серцебиття припиняється, дихання зупиняється, кровообіг фактично зникає, рухів немає. Це не смерть, а оборотний стан надзвичайно глибокого пригнічення життєдіяльності.

Кров, яка стає солодшою

Щойно замерзання починається, печінка швидко розщеплює запаси глікогену й викидає в кров великі кількості глюкози. Глюкоза розноситься по тканинах і працює як природний кріопротектор: допомагає клітинам переносити втрату води, зменшує ушкодження мембран і білків та обмежує небезпечні наслідки утворення льоду.

До зимівлі жаба також накопичує сечовину. Для нас це слово асоціюється з відходами обміну, але тут сечовина стає ще одним захисним осмолітом і кріопротектором. Разом глюкоза, сечовина та інші адаптації створюють хімічний «аварійний режим», у якому клітина може пережити заморожування навколишньої води.

У цієї жаби зима — це не пошук тепла. Це перебудова власної хімії так, щоб холод перестав бути вироком.

Серце працює до останнього

Замерзання має відбуватися не хаотично. На початку процесу серце ще працює і допомагає рознести глюкозу до органів. Під час контрольованого охолодження тканини встигають отримати захист і віддати частину води. У класичних фізіологічних дослідах серце жаби навіть короткочасно прискорювалося на початку замерзання, а потім поступово сповільнювалося й зупинялося, коли формування льоду завершувалося.

Після цього кровообіг припиняється. Дихання зупиняється. Обмін речовин переходить на надзвичайно низький рівень. Жаба не «спить» у звичному сенсі — вона переносить тривалий період без нормальної роботи серця й легенів.

Північна комплектація

Навіть серед лісових жаб є свої екстремали. Популяції з внутрішніх районів Аляски виявилися значно стійкішими до морозу, ніж південні. У лабораторних дослідах зимово адаптовані аляскинські жаби переживали заморожування приблизно до −16 °C, а також тривале перебування замороженими при −4 °C.

У природних сховках картина виявилася ще вражаючішою: в одному дослідженні жаби перебували нижче своєї точки замерзання в середньому 193 ± 11 днів, а мінімальні температури, яких зазнавали тварини, що пережили зиму, сягали −18,1 °C. Північні популяції накопичують великі запаси глікогену й осмолітів і краще витримують тривалий холод.

А потім приходить весна

Коли температура піднімається, лід починає танути. Але відтанути — ще не означає миттєво повернутися до норми. Організму треба безпечно відновити кровообіг, дихання, водний баланс і роботу клітин після тривалого кисневого дефіциту.

Серце знову починає скорочуватися. Повертається дихання. Відновлюються рефлекси й рухи. Через деякий час жаба поводиться так, ніби нічого неймовірного не сталося, — і вирушає до весняної водойми.

Чому це не безсмертя і не «оживлення після смерті»

Тут важливо не перебільшувати. Жаба не помирає й не воскресає. Її клітини не перетворюються на суцільний лід, а біохімічні процеси не зникають абсолютно. Це надзвичайно глибоке, але контрольоване пригнічення життєдіяльності, у якому організм зберігає структуру клітин і молекулярні механізми для майбутнього відновлення.

Саме тому її диво ще цікавіше. Природа не скасувала закони фізики. Вона побудувала систему, яка працює всередині них: дозволила льоду з’явитися там, де він менш небезпечний; вивела воду з клітин; накопичила захисні речовини; приглушила метаболізм; а потім навчилася повертати все назад.

Лісова жаба не перемогла мороз. Вона домовилася з ним.

Картка FAUNIGMA

Герой: лісова жаба (Rana sylvatica; у багатьох працях — Lithobates sylvaticus)
Номінація: тварина, яка ставить життя на паузу
Головне диво: переживає заморожування значної частини води власного тіла
Захист: глюкоза, сечовина, контрольоване зневоднення клітин, глибоке пригнічення метаболізму
Найсильніший момент: серце й дихання можуть зупинятися під час заморожування і відновлюватися після відтавання
Головна відмінність від сплячки: не просто уповільнює життя — реально переносить утворення льоду в тілі
Рівень дивовижності: 11/10

Кожна тварина дивовижна. І ми це доведемо.

Наукові джерела

1. Storey K.B., Storey J.M. (2021). Mitochondria and the Frozen Frog. Antioxidants 10(4):543. DOI: 10.3390/antiox10040543.
2. Costanzo J.P. et al. (2013). Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of the wood frog. Journal of Experimental Biology. DOI: 10.1242/jeb.089342.
3. Larson D.J. et al. (2014). Wood frog adaptations to overwintering in Alaska: new limits to freezing tolerance. Journal of Experimental Biology 217:2193–2200. DOI: 10.1242/jeb.101931.
4. Costanzo J.P., Lee R.E. Jr., Lortz P.H. (1993). Glucose concentration regulates freeze tolerance in the wood frog Rana sylvatica. Journal of Experimental Biology 181:245–255. DOI: 10.1242/jeb.181.1.245.
5. Costanzo J.P., Lee R.E. Jr. (2005). Cryoprotection by urea in a terrestrially hibernating frog. Journal of Experimental Biology 208:4079–4089. DOI: 10.1242/jeb.01859.

Featured Image: MichaelZahniser / Wikimedia Commons, public domain. Пояснювальні схеми: FAUNIGMA.