Их кровь работает как антифриз: эти животные научились жить в экстремальном холоде
В самых холодных уголках планеты тоже существует жизнь. В водах Антарктики, где температура опускается ниже точки замерзания обычной воды, обитают рыбы, чья кровь фактически работает как антифриз. А рядом с ними и в других северных регионах есть немало животных, которые научились справляться с экстремальным холодом, причем самыми разными способами. Как им это удается, разбираем в нашей статье.
Ледяные воды
В антарктических морях вода остается жидкой даже при −1,8 °C из‑за высокой солености. Для большинства рыб это уже смертельный холод, поскольку кристаллы льда начинают расти в тканях, разрывая клетки. Но белокровные рыбы (семейство Channichthyidae), или ледяные рыбы, не только выживают, но и процветают в таких условиях.
Дело в том, что у них почти нет эритроцитов и гемоглобина, поэтому кровь действительно «белая». В подобных обстоятельствах кислород проще переносить прямо в плазме, а доставлять его к тканям за счет диффузии. В холодной воде растворяется больше кислорода, а сами белокровные рыбы ведут малоподвижный образ жизни, потому нуждаются в меньшем его количестве. Но главный секрет выживания заключается не в цвете крови, а в ее свойствах.
Природные антифризы
В плазме ледяных рыб содержатся особые гликопротеины – антифризные белки. Они не понижают температуру замерзания так, как соль, а работают хитрее, а именно: связываются с микроскопическими кристаллами льда и блокируют их рост. Это как если бы молекулы антифриза облепляли зачатки ледяных игл и не давали им расти дальше. Без этого механизма кристаллы быстро распространились бы по всему организму.
Такие белки есть не только у рыб. Похожие антифризные соединения присутствуют у многих полярных и субполярных организмов, начиная от насекомых и заканчивая морскими беспозвоночными. У разных видов эти молекулы устроены по‑разному, но принцип действия у всех один – защитить от образования льда.
Что еще помогает не замерзать
Антифризные белки – не единственный способ пережить холод. Разные животные используют свои биохимические приемы.
Накопление определенных веществ. Многие существа запасают в клетках глицерин, сахара (например, трегалозу) или спирты. Эти соединения снижают точку замерзания внутриклеточной жидкости и предохраняют мембраны и белки от повреждений. Так делают некоторые насекомые и амфибии.
Контролируемое обезвоживание. У ряда беспозвоночных при похолодании вода выводится из клеток, а лед образуется снаружи. Внутри остается концентрированный раствор, который не замерзает. Это сильно снижает риск разрыва клеток растущими кристаллами.
Переохлаждение. Часть представителей фауны умеют удерживать жидкости своего тела в жидком состоянии даже при температуре ниже точки замерзания. Для этого они стараются избавиться от любых «точек старта» для льда – крошечных частиц или кристалликов, вокруг которых мог бы расти лед. Пока таких «затравок» нет, вода остается жидкой, но стоит появиться хотя бы одному маленькому кристаллику – и замерзание происходит мгновенно. Поэтому такая стратегия очень рискованна.
Лягушки, которые «замораживаются» и оживают
Лесная лягушка (Rana sylvatica), обитающая на севере Северной Америки, зимой буквально превращается в кусок льда, так как до 65-70% воды в ее теле замерзает, сердце останавливается, а дыхание прекращается. Но при этом лягушка не погибает.
Перед заморозкой ее печень вырабатывает большое количество глюкозы, которая работает как криопротектор – защищает клетки, стабилизируя мембраны и предотвращая разрушение белков. Когда приходит весна и лед тает, лягушка «оживает» – сердце снова начинает биться, а дыхание возвращается. Похожие механизмы есть и у некоторых других амфибий и рептилий, обитающих в холодных широтах.
Маленькие чемпионы по выживанию
Насекомые используют сразу несколько стратегий. Какие-то виды накапливают глицерин и другие полиолы, снижая точку замерзания. Другие умеют обезвоживаться и впадать в состояние глубокого покоя. Есть и такие, кто полагается на переохлаждение – они избегают замерзания, пока могут, но при сильном холоде все же замерзают и выживают благодаря защитным веществам.
Например, гусеница арктической волнянки (Gynaephora groenlandica) способна переживать температуры ниже −60 °C. Ее организм сочетает обезвоживание, накопление защитных соединений и остановку метаболизма до тех пор, пока условия снова не станут пригодными для жизни.
Как холод меняет тело
Снижение метаболизма. В холоде многие животные замедляют обмен веществ, чтобы тратить меньше энергии и меньше зависеть от внешних условий.
Изоляция. Толстый слой жира, плотный мех или перья помогают сохранять тепло и уменьшают риск переохлаждения.
Поведенческие приемы. Животные прячутся в укрытия, зарываются в почву или снег, где температура более стабильна.
Полезно знать
Антифризные белки у ледяных рыб действуют в очень низких концентрациях – достаточно каких-то долей процента, чтобы надежно блокировать рост кристаллов льда.
Глюкоза у лесной лягушки работает как «внутренний щит», а ее количество перед заморозкой может вырасти в десятки раз по сравнению с обычным уровнем.
В ходе эволюции антифризные белки у разных групп насекомых возникали независимо, не как наследие общего предка, а как самостоятельный механизм приспособления к холоду. Из‑за этого их молекулярное строение заметно различается.
Белокровные рыбы – редкий пример позвоночных с почти отсутствующим гемоглобином. Такая адаптация возможна именно благодаря сочетанию холодной, богатой кислородом воды и медленного образа жизни.
Трегалоза, сахар‑криопротектор, помогает не только животным, но и микроорганизмам и даже некоторым растениям переживать высыхание и холод, стабилизируя их клеточные структуры.
Арктические жуки могут оставаться живыми после длительного пребывания при −50 °C и ниже, если процесс охлаждения идет постепенно, а клетки успевают подготовиться.
В природе «антифриз» не делает организм неуязвимым, поскольку резкие перепады температур, механические повреждения или попадание «затравочных» кристаллов льда все еще несут в себе опасность для него.
