Zmija otporna na smrzavanje: Naučnici otkrivaju kako preživljava
Zamislite da vas probudi snježna oluja, samo da biste shvatili da ste potpuno zarobljeni u čvrstom bloku leda. Za ogromnu većinu sisara, to bi bila sigurna smrt. Ipak, nekim zmijama ovo je zimska opasnost koju ponekad mogu preživjeti, ali jedva.
Ideja o „zmiji otpornog na smrzavanje“ zvuči nevjerovatno, s obzirom na njihov status hladnokrvnih, toploljubivih životinja, ali one su jednako stvarne kao i mi. Evo pregleda elegantnih fizioloških trikova i strogo ograničenih granica koje to omogućavaju.
Kako su žuto-prugaste zmije razvile kratkotrajnu toleranciju na smrzavanje
Većina zmija izbjegava smrzavanje pod svaku cijenu. Obično migriraju kratke udaljenosti do pukotina u stijenama, jazbina glodara ili dubokih korijenskih kanala, gdje temperatura ostaje iznad nule. Ova zimska strategija poznata je kao brumacija.
Međutim, ako zima dođe ranije nego što se očekivalo, snijeg je oskudan ili se zmija nekako zaglavi u slabo izolovanoj jazbini, neke jedinke mogu stvarno zamrznuti. Umjesto da zanemare ovu mogućnost, istraživači su se morali zapitati: Šta će se tada dogoditi?
Odgovor je kratak, brutalan prekid života, moguć zahvaljujući metaboličkoj supresiji i nekoliko ključnih biohemijskih odbrana. Crvenostrana žuto-prugasta zmija (Thamnophis sirtalis parietalis) postala je model za ovu ograničenu toleranciju na smrzavanje.
Prema klasičnoj eksperimentalnoj studiji objavljenoj u Canadian Journal of Zoology, žuto-prugaste zmije mogu preživjeti kratkotrajnu izloženost temperaturi od −2,5 °C, pri čemu je otprilike 40% njihove tjelesne vode smrznuto. Međutim, važno je napomenuti da u ovom stanju mogu preživjeti samo nekoliko sati.
U kontrolisanim eksperimentima, istraživači su bili iznenađeni otkrićem da su zmije potpuno ozdravile nakon tri sata smrzavanja na toj temperaturi. Međutim, stopa preživljavanja pala je na oko 50% nakon deset sati, a praktično nijedna zmija nije preživjela nakon 24 do 48 sati, kada je njihov organizam akumulirao vrlo visoki sadržaj leda.
Dakle, iako produženi mraz obično znači smrt, zmije ipak mogu preživjeti kratkotrajno smrzavanje, unatoč tome što su ektotermne, odnosno oslanjaju se na vanjske izvore toplote. Prema istraživačima, ova tolerancija na smrzavanje oslanja se na dvije koordinirane reakcije:
1. Metabolička depresija. Kada led počne nastajati u vanćelijskim prostorima tijela zmije, ona zaustavlja cirkulaciju i dostavu kiseonika. To omogućava ćelijama da prežive dramatičnim usporavanjem potrošnje energije.
2. Kriozaštitni molekuli. Male molekule koje ograničavaju oštećenje ledom i osmotski stres akumuliraju se u nekim tkivima zmije. Za razliku od velikih skokova glukoze kod žaba otpornim na smrzavanje, zmije pokazuju manje, tkivno specifične povećanja supstanci poput taurina i umjerenog mobiliziranja glukoze.
Granice ovih zmija su stvarne i biološki značajne
Važno je napomenuti da ova tolerancija ne daje žuto-prugastim zmijama univerzalnu „opremu za preživljavanje“. Nekoliko objavljenih pregleda i eksperimentalnih studija naglašava koliko je prozor tolerancije uzak: reptili koji mogu preživjeti smrzavanje to čine samo pri relativno blagim subzero temperaturama i samo kratko vrijeme.
Jedna studija u American Journal of Physiology navodi da, iako amfibije poput drvene žabe mogu podnijeti dugotrajno smrzavanje tako što preplave ćelije glukozom, zmije su na „štedljivijem kraju spektra“. To znači da imaju ograničene zalihe kriozaštitnih supstanci i slabije strategije hidratacije tkiva, pa im je vrijeme preživljavanja kraće.
Ova razlika vjerovatno odražava evolucijsku istoriju, stanište i fiziološka ograničenja reptila, jer ekologija često djeluje kroz fiziologiju vrste.
Populacije koje se okupljaju u dubokim, dobro izolovanim jazbinama (kao što su poznate masovne zimske jazbine crvenostrane žuto-prugaste zmije u Manitobi) smanjuju izloženost smrzavanju. Nasuprot tome, zmije na rubu raspona ili u staništima sa veoma promjenjivim zimama suočavaju se s mnogo većim rizikom slučajnog smrzavanja.
Procjena stanja populacija sjevernih žuto-prugastih zmija iz 2023. ističe da lokalni mikrohabitati za prezimljavanje, pokrivenost snijegom i hidrologija utiču na rizik od zimskog mortaliteta. Takođe, objašnjava da neuobičajene zime (npr. tanak snježni pokrivač, poplave prije smrzavanja) mogu izazvati masovna umiranja tokom zime.
Klimatske promjene imaju dvostruki učinak. Iako toplije zime mogu smanjiti slučajeve slučajnog smrzavanja, mogu takođe izazvati:
- Više ciklusa smrzavanja i odmrzavanja
- Nepravilne padavine, što dovodi do poplava prije smrzavanja
- Neusklađenost aktivnosti zmija i signala za sklonište
Ove dinamike mogu povećati zimski mortalitet u nekim populacijama čak i dok prosječne temperature rastu. Za konzervacioniste, ovo čini zaštitu i identifikaciju otpornijih jazbina jednako važnom kao razumijevanje fiziologije ovih zmija.
Šta naučnici još trebaju otkriti o ovim zmijama
Mnogo je nepoznanica o izuzetnoj toleranciji žuto-prugastih zmija na niske temperature. Konkretno, herpetolozi još istražuju:
- Koliko su univerzalni umjereni kriozaštitni odgovori među vrstama zmija?
- Koji geni i regulatorne mreže kontrolišu brzo gašenje metabolizma i porast antioksidanata?
- Može li upravljanje na nivou pejzaža pouzdano identificirati „refugije“ koje štite zmije od ekstremnih događaja?
Odgovori na ova pitanja nisu jednostavni; zahtijevaju terensku ekologiju u kombinaciji s modernim molekularnim alatima, uključujući transkriptomiku za praćenje aktivacije gena tokom smrzavanja, metabolomiku za katalogiziranje kriozaštitnih molekula i dugoročno praćenje jazbina kroz klimatske gradijente.
Žuto-prugaste zmije su savršen primjer evolucijskog oportunizma: mali set biokemijskih trikova daje vrsti dragocjeno vrijeme kada njihovo ponašanje ili stanište zakažu.
Taj uzak prozor preživljavanja ipak pruža neprocjenjiv uvid u: granice života, krhkost hladno-adaptiranih populacija i načine na koje klimatske promjene mogu preokrenuti prednost u preživljavanju u slabost.
Scott Travers, Forbes
