Зима. Секреты выживания растений и животных в самое суровое время года

Ровно наоборот все происходит снаружи, в пространстве между клетками, где особые белки индуцируют образование кристаллов льда и стимулируют его образование в областях с жидкостью низкой концентрации. В результате образуются камеры концентрированной жидкости, которые путем осмоса вытягивают воду из клеток, и те становятся еще более устойчивы к образованию льда. Примерно через 15 часов лягушка замораживается до твердого состояния, за исключением внутреннего содержимого клеток. Сердце останавливается. Кровь не течет. Дыхания нет. Почти по всем параметрам животное мертво. Но готово вернуться к жизни.

Глюкоза – это обычный в крови позвоночных сахар, из которого клетки получают энергию. У здорового активного животного содержание глюкозы в крови в норме точно регулируют два гормона – инсулин и глюкагон. Когда в крови не хватает глюкозы, человек теряет сознание, а когда ее слишком много, страдает от ряда краткосрочных и долгосрочных последствий. Обычно у человека в крови содержание глюкозы поддерживается на уровне около 90 мг на 100 мл крови, но в ситуации стресса этот уровень слегка повышается. Если содержание глюкозы в крови повышено и хронически держится на уровне около 140 мг на 100 мл крови, ставят диагноз сахарного диабета. Сегодня диабет можно лечить, вводя искусственный инсулин, гормон, который в одном из вариантов заболевания в недостаточном количестве поступает из поджелудочной железы (при диабете первого типа поджелудочная железа разрушается в результате аутоиммунной реакции[32], при диабете второго типа в теле нарушена восприимчивость рецепторов к гормону либо их мало).

Когда лягушка ощущает, что у нее всего только в пальчике лапы начинают образовываться кристаллы льда, глюкоза в ее крови достигает уровня, который человека уже несколько раз отправил бы в кому и на тот свет (в ходе реакции, которая выглядит как реакция сверхтревоги, у лягушки выделяется до 4500 мг глюкозы на 1 дл крови). Но лягушка способна это вынести, отчасти потому, что температура тела у нее в этот момент близка к нулю и метаболизм сравнительно инертен, так что это билет, который обеспечивает ей выживание и толерантность к замерзанию.

Если бы у лягушки в организме продолжал действовать обмен веществ, вскоре после того, как у нее остановилось сердце и дыхание, ее ткани начали бы испытывать кислородное голодание. Но глюкоза в высокой концентрации действует как криопротектор, механически защищая ткани от образования кристаллов льда, и как агент, который помогает вытягивать воду из клеток. Она также понижает и так уже очень низкий аэробный обмен веществ животного и подавляет метаболизм, позволяя сохранить ограниченные запасы энергии в клетках на зиму. Проникая в клетки, глюкоза также становится субстратом анаэробного метаболизма, когда в тело перестает поступать кислород.

Заморозить тело и вернуть его к жизни, разморозив, – давняя голубая мечта криобиологов. Лягушки, зимующие в состоянии гибернации на земле в лесу, делают это регулярно: с наступлением весны, когда пора спариваться, они выходят из заморозки. Как и медведи в зимнем сне, о которых я расскажу позже, лягушки – чудо живой природы и способны пошатнуть наши представления о пределах возможного.

14. Насекомые: разнообразие и пределы возможного

То, что некоторые лягушки способны пережить несколько месяцев заморозки или что малюсенький королек может вынести хотя бы одну холодную ночь, не говоря уже о целой северной зиме, и не замерзнуть, удивительно. Но, если задуматься, что нас удивляет? Полагаю, дело в том, что мы оцениваем животных по себе. Человеку становится некомфортно, когда его температура падает всего на градус или около того, вот мы и не можем представить себе, как крошечной птичке удается не замерзнуть в метель. Между тем на каждого королька, которого вы встретите зимой в лесу, найдутся сотни тысяч беспозвоночных животных, чьи размеры на несколько порядков меньше и кто, чтобы выжить, делает совершенно невообразимые для нас вещи. Но даже зная об их достижениях, люди обычно отказывают этим существам в уважении. Почему? Потому что в основном речь идет о насекомых. Они отличаются от нас так, как будто прибыли с другой планеты, и человеку сложно примерить на себя их проблемы. А проблемы у них с людьми и корольками общие – холод, замерзание и энергетический баланс. Иногда насекомые решают их теми же способами, что и человек, иногда другими, но в любом случае это происходит в других рамках.