Sibiřské žáby přežívají zimu díky produkci vlastního alkoholu
Vědci z Ústavu cytologie a genetiky sibiřské pobočky Ruské akademie věd spolu s pracovníky Ústavu biologických problémů severu Dálného východu Ruské akademie věd studují mechanismy rezistence obojživelníků k hypoxii – nízkému obsahu kyslíku v tkáních. Výsledky studie pomohou nalézt genové dráhy pro adaptaci obratlovců na kyslíkové hladovění a vyvinout nové metody kryokonzervace orgánů, uvádí časopis Science in Siberia.
Obojživelníci pocházejí z jižních oblastí, ale někteří z nich, kteří se přizpůsobili životu na severu, mají úpravy k přenášení teplot pod bodem mrazu. Někteří odolávají mrazu, zatímco jiní se na zimu uchylují k nemrznoucím vodním plochám. Až donedávna byli obojživelníci považováni za nestálé vůči hypoxii, ale v roce 2019 magadanští biologové prokázali, že sibiřská skokan Rana amurensis přežívá až šest měsíců ve vodě s téměř úplným nedostatkem kyslíku a zachovává si schopnost pohybu. Žába ostronosá Rana arvalis a mlok sibiřský Salamandrella keyserlingii zůstávají na souši v horních 10–15 cm půdy a při zamrznutí zažívají těžkou hypoxii v důsledku zastavení krevního oběhu, který dodává kyslík do tkání.
„Problém s mrznutím spočívá v tom, že voda může krystalizovat uvnitř buněk a roztrhnout je, což povede k úhynu zvířete. Úkolem organismu je vytvořit fyzikální a chemické podmínky, za kterých se led tvoří v minimálním množství a v extracelulárním prostoru,“ říká vedoucí grantového projektu, hlavní vědecký pracovník FRC ICG SB RAS, kandidát biologických věd Sergej Šechovcov.
Obojživelníci, kteří zimují na souši, mrznou při mírně záporných teplotách, ale snesou i velmi nízké teploty. Například skokan ostronosý snese ochlazení na -16 °C, mlok sibiřský až -55 °C. V tomto případě se v obojživelnících hromadí kryoprotektory – látky, které chrání tělo před ničivými účinky chladu. Podle výzkumníků většina obojživelníků buď přežije ochlazení na -1-1,5 °C, nebo uhyne. Skokan ostronosý a mlok sibiřský jsou přizpůsobeni životu v extrémních zimních podmínkách a na jaře se znovu probouzejí k životu bez újmy na těle.
Sibiřská skokan má vysokou odolnost vůči hypoxii, ale nesnáší dlouhodobé ochlazení pod -2,5 °C, takže nemůže zimovat na souši. Během mrazivého období si vybírá nezamrzající nádrž. Žába je pod vodou prakticky bez kyslíku. Adaptace sibiřského skokana na dlouhodobou extrémní hypoxii je prvním známým případem ve třídě obojživelníků.
V laboratorních studiích biologové společně s kolegy z Mezinárodního tomografického centra Sibiřské pobočky Ruské akademie věd zkoumali metabolom (soubor malých molekul v těle) všech tří obojživelníků. Do podzimu si zvířata v játrech hromadí glykogen – polysacharid, který se v zimě rozkládá na glukózu a glycerol. Tyto sloučeniny dodávají buňkám těla energii před zamrznutím a poté fungují jako nemrznoucí směs. Metabolomická analýza odhalila akumulaci produktů glykolýzy: laktátu a alaninu. To znamená, že ve vodě bez kyslíku nebo během zamrznutí zvířata přecházejí na anaerobní metabolismus. Ve stavu hypoxie/zamrznutí vědci objevili u žab a mloků ethanol, který u suchozemských obratlovců dosud nebyl v takovém množství pozorován.
Glycerol, který u mnoha mrazuvzdorných zvířat působí jako kryoprotektor, byl v experimentech nalezen u všech druhů. Jeho přítomnost u žáby ostrouhé je neočekávaná, protože se věřilo, že jako nemrznoucí směs používá glukózu a močovinu. Vědci považují obsah glycerolu v těle sibiřské žáby za ještě zajímavější – její role je nejasná, protože tento obojživelník nesnáší mrazení. Přítomnost mnoha látek, které se dříve zdály pro tyto druhy atypické, v tělech zvířecích modelů umožňuje vědcům budovat hypotézy o jejich odolnosti vůči extrémním podmínkám.