ساعدنیوز: بروتینات مضاده للتجمد، خلایا محشوه بالسکر، وحتى توقف الدماغ—اکتشفت العدید من الکائنات طرقًا مذهله لإیقاف وظائفها الجسدیه والبقاء على قید الحیاه حتى الربیع.
وفقًا لقسم المجتمع فی وکاله ساعد نیوز، نقلاً عن برترینها، صدم أستاذ جامعی طلابه منذ سنوات بتجربه غیر معتاده. فقد عرض علیهم ضفدعًا من خشب الغابه کان متجمدًا بالکامل، لکنه لا یزال حیًا. وفی لحظه مفاجئه، بدا وکأنه یقذفه على الحائط—فتحطم الضفدع المجمد عند الاصطدام. تُرِکت أفواه الطلاب مفتوحه من الدهشه.
بعد لحظات، کشف الأستاذ عن الحیله: لم یقم فعلیًا برمی الضفدع، بل استخدم کتله من الثلج لتأثیر درامی. وما کان یرید إظهاره حقًا؟ ظاهره طبیعیه مذهله: ضفدع الغابه "یتجمد" حقًا فی الشتاء لیبقى على قید الحیاه، ثم یذوب ویعود للحیاه فی الربیع.
ضفدع الغابه هو من بین القلائل على الأرض القادرین على البقاء على قید الحیاه عند التجمد الکامل، وقد خضع لدراسات واسعه. مع انخفاض درجات الحراره فی الخریف، یحفر الضفدع فی أوراق الشجر، مما یسمح للبرد بالتغلغل فی جسده حتى تتوقف کل نشاطاته—القلب والدماغ والأعضاء تتوقف عن العمل.
ولا یقتصر هذا التکیف الفرید على ضفدع الغابه فقط. آلاف یرقات الحشرات تتجمد وتذوب باستمرار، بعضها یومیًا حسب الظروف البیئیه. السلاحف الملونه الصغیره یمکنها التجمد بدون هذه الآلیات، والطحالب الدقیقه (تاردجراد) تفقد معظم ماء أجسامها وتنتظر الربیع لتعود للحیاه.
یشرح کینیث ستوری، أستاذ الکیمیاء الحیویه فی جامعه کارلتون بکندا، والذی یدرس تحمل التجمد: "إذا استطعت البقاء على قید الحیاه أثناء التجمد، فإنک تکتسب میزه کبیره فی العالم الطبیعی."
یوضح ستوری العملیه: "تخیل ضفدع الغابه. جسده سائل، حر الحرکه. یبدأ الثلج بالتغلغل من الخارج. تتجمد جلده جزئیًا، ثم ینتشر الثلج فی عروقه وشرایینه."
من هذه النقطه، تصبح العملیه أکثر غرابه. تصبح عیون الضفدع بارده وخالیه من الحیاه، ویغلق دماغه، ویوجه الثلج الدم نحو القلب—حتى یتجمد القلب نفسه.
تتطلب هذه التحولات تغییرات کیمیائیه حیویه عمیقه. تعید جزیئات الـ microRNA تنظیم الخلایا لحمایتها من التلف. یتشکل الثلج ببطء حول الأعضاء والخلایا، بینما یفرز الکبد کمیات هائله من الجلوکوز—سائل کثیف یعمل کمضاد للتجمد، یحمی الأعضاء والخلایا الحیویه من الموت. وعندما یأتی الربیع، یوضح ستوری: "تسطع الشمس، تلین الطین، یسخن جسم الضفدع، ویذوب الثلج."
یختلف تحمل التجمد بین الحیوانات. ضفادع الغابه فی ألاسکا تتحمل درجات تصل إلى –20°م، بینما ضفادع الغابه فی نورث کارولینا تتحمل حتى –13°م فقط. ومع ذلک، الآلیات مشابهه.
تشترک ضفادع أخرى، مثل الضفادع البنیه والـ spring peepers وضفادع الـ cricket، بالإضافه إلى العدید من الحشرات والیرقات، فی هذه القدره. لکن التجمد لیس الاستراتیجیه الوحیده. وفقًا لأبحاث حدیثه فی Science of the Total Environment، تعید ضفادع Painted الصغیره تنظیم استقلابها باستخدام microRNA، مما یقلل احتیاجها للجلوکوز مقارنه بضفادع الغابه، فتتجمد جزئیًا فقط للبقاء على قید الحیاه. بینما تهبط الضفادع البالغه فی الطین تحت الماء، لتعیش حتى أربعه أشهر دون تنفس.
یشیر مصطلح supercooling إلى تجنب التجمد تحت الصفر. فی الطبیعه، خاصه فی الأعضاء البشریه، یحمل supercooling مخاطر. یحتاج تکوّن الثلج إلى عامل نووی—جزیء مثل الغبار أو الکولیسترول. ومع ذلک، بعض الحشرات والحیوانات تتجنب تکوین البلورات تمامًا، محتفظه بدمها المتجمد سائلاً.
على سبیل المثال، السناجب القطبیه تزیل النوى الجلیدیه المحتمله لتتفوق على التجمد. هذا لا یعنی أنها تستطیع supercooling إلى ما لا نهایه. أی تدخل خارجی یمکن أن یشکل الجلید، ویحولها إلى شظایا جلیدیه بلا حیاه.
الحفاظ على حاله سائله له فوائد، لکن تکون الثلج بالصدفه یشکل خطرًا. العدید من الکائنات البارده تنتج السکر أو بروتینات مضاده للتجمد لخفض نقطه تجمد الدم، مما یسمح بدرجات حراره دون 0°م دون تکوّن الجلید. تعتمد بعض الأسماک على البروتینات المضاده للتجمد، بینما تستخدم الحشرات السکر.
تطورت استراتیجیات مختلفه للحشرات. تتجمد یرقات الذبابه الصغیره وتذوب خلال 24 ساعه فی الشتاء، بینما تبقى یرقات العث سائله. مثل ضفادع الغابه، تستخدم یرقات الذبابه السکر لحمایه الخلایا من التلف الناتج عن التجمد، بینما تعتمد یرقات العث على السکر لتجنب التجمد، حتى عند supercooling شدید یصل إلى –36°ف.
الطحالب الدقیقه (تاردجراد)، الکائنات المجهریه التی تعیش فی بیئات قاسیه، تبقى على قید الحیاه عن طریق الجفاف الکامل. البشر لا یستطیعون ذلک؛ فقدان 5٪ فقط من ماء الجسم قد یکون قاتلًا. تغلق الطحالب دماغها، وتقلص أطرافها، وتتحمل البرد. وعند إعاده الترطیب، تعود إلى الحیاه فورًا.
توفر ضفادع الغابه وغیرها من الحیوانات القاسیه رؤى طبیه، خاصه فی زراعه الأعضاء. لا تعیش القلوب البشریه أکثر من أربع ساعات خارج الجسم. مستوحاه من الطبیعه، یسعى العلماء إلى تجمید الأعضاء بالکامل بالجلوکوز، وحفظها فی حاله توقف مؤقت، وإحیائها بأمان للزراعه.
متجمده ولکن حیه، تواصل ضفادع الغابه وزملاؤها المدهشون إلهام العلماء وعشاق الطبیعه على حد سواء، کاشفه عن القدره الرائعه للحیاه نفسها.
