Upoznajte zmiju koja može da preživi zamrzavanje

Zamislite da vas probudi snežna oluja, samo da biste shvatili da ste potpuno okruženi blokom leda. Za ogromnu većinu sisara, to bi bila sigurna smrt. Ipak, neke zmije ovo zimsko iskušenje ponekad mogu da prežive – ali jedva.

Ideja o „zmiji otpornoj na smrzavanje“ zvuči nemoguće, s obzirom na njihovu reputaciju hladnokrvnih stvorenja koja vole topla mesta. Ali, one su jednako stvarne kao i vi i ja. Evo pregleda elegantnih fizioloških trikova i ograničenja koji to čine mogućim.

Kako su zmije garter evoluirale

Većina zmija izbegava smrzavanje po svaku cenu. Obično migriraju na kratke distance do pukotina u stenama, rupa glodara ili dubokih kanala, gde temperature ostaju iznad nule. Ova praksa prezimljavanja poznata je kao brumacija.

Međutim, ako zima dođe ranije nego što se očekivalo, ako snega ima malo ili ako se zmija nađe zarobljena u loše izolovanom skloništu, tada mogu da se smrznu. Umesto da ignorišu ovu mogućnost, istraživači su morali da postave pitanje: šta će se tada desiti?

Odgovor je kratka, brutalna pauza života, omogućena supresijom metabolizma i nekoliko ključnih biokemijskih odbrana. Zmija garter, poznata po crvenoj boji na boku (Thamnophis sirtalis parietalis) postala je model za ovu ograničenu toleranciju na smrzavanje.

Usporavanje metabolizma

Prema klasičnom eksperimentalnom istraživanju objavljenom u Canadian Journal of Zoology, zmije garter mogu preživeti kratkotrajno izlaganje temperaturi od −2,5 °C, sa otprilike 40% vode u telu smrznute. Važno je napomenuti da u ovom stanju mogu preživeti samo nekoliko sati.

U kontrolisanim ispitivanjima istraživači su bili iznenađeni što su zmije potpuno preživele nakon tri sata smrzavanja na toj temperaturi. Međutim, stopa preživljavanja je pala na oko 50% nakon 10 sati. Nijedna zmija nije preživela nakon 24 do 48 sati, kada je led u telu postao previše prisutan.

Dakle, iako dugotrajno zamrzavanje obično znači smrt, zmije ipak mogu preživeti kratke periode smrzavanja. Uprkos tome što su ektotermi, koji zavise od spoljašnjih izvora toplote. Prema istraživačima, tolerancija na smrzavanje zasniva se na dve koordinisane reakcije:

1. Depresija metabolizma – Kada led počne da se formira u vanćelijskim prostorima tela zmije, ona reaguje zaustavljanjem cirkulacije i isporuke kiseonika. To omogućava ćelijama da prežive dramatičnim usporavanjem potrošnje energije.
2. Krioprotektanti – Mali molekuli, koji ograničavaju oštećenje zbog leda i osmotski stres, akumuliraju se u nekim tkivima zmije. Za razliku od velikih skokova glukoze kod žaba otpornih na smrzavanje, zmije pokazuju manja specifična povećanja supstanci poput taurina i umerenog mobilisanja glukoze.

Ograničenja ovih zmija su stvarna i biološki informativna

Važno je napomenuti da ova tolerancija ne pruža zmijama garter univerzalni set za preživljavanje. Nekoliko objavljenih radova i eksperimentalnih istraživanja naglašava koliko je prozor tolerancije mali. Reptili koji mogu da prežive smrzavanje mogu to da učine samo na relativno blagim negativnim temperaturama i samo na kratko.

Kao što jedno istraživanje u American Journal of Physiology napominje, dok vodozemci poput drvene žabe mogu izdržati dugotrajno smrzavanje pomoću glukoze koja preplavljuje ćelije, zmije su „štedljivije“. To znači da imaju ograničene rezerve krioprotektanata i slabije strategije hidratacije tkiva. Stoga im je vreme preživljavanja kraće.

Ova razlika verovatno odražava evolutivnu istoriju, stanište i fiziološka ograničenja reptila, jer ekologija često utiče na fiziologiju vrste.

Populacije koje se okupljaju u dubokim, dobro izolovanim skloništima (kao što su poznata masovna prezimljavanja zmija garter u Manitobi) smanjuju izloženost smrzavanju. S druge strane, zmije koje se nalaze u staništima sa vrlo promenjivim zimskim uslovima suočavaju se sa većim rizikom od slučajnog smrzavanja.

Uticaj klimatskih promena

Procena statusa populacija severnih zmija garter iz 2023. istakla je da lokalna mikro-staništa za prezimljavanje, snežni pokrivač i hidrologija oblikuju rizik od zimskog umiranja. Takođe, objašnjava da netipične zime (npr. tanak sloj snega, poplave pre smrzavanja) mogu dovesti do masovnog zimskog pomora.

Klimatske promene su u ovom smislu mač sa dve oštrice. Iako toplije zime mogu smanjiti slučajeve slučajnog smrzavanja, one takođe mogu izazvati:

• Više ciklusa smrzavanja i otapanja
• Nepredvidive padavine koje dovode do poplava pre smrzavanja
• Nesklade između aktivnosti zmija i signala za sklonište

Ove dinamike mogu povećati zimsku smrtnost u nekim populacijama čak i kada prosečne temperature rastu. Za zaštitnike prirode, to znači da je zaštita i identifikacija otpornijih prezimljavanja jednako važna kao i razumevanje fiziologije ovih zmija.

Šta naučnici još treba da saznaju o ovim zmijama

Postoji nekoliko misterija u vezi sa izuzetnom tolerancijom zmija garter na niske temperature. Neke od pitanja na koja herpetolozi još pokušavaju da odgovore su:

• Koliko su univerzalne krioprotektantske reakcije umerenog intenziteta kod različitih vrsta zmija?
• Koji geni i regulatorne mreže kontrolišu brzo gašenje metabolizma i porast antioksidanata?
• Da li se u staništima mogu pouzdano identifikovati „refugije“ koje štite zmije od ekstremnih događaja?

Odgovaranje na ova pitanja nije jednostavno i zahteva kombinaciju terenske ekologije i modernih molekularnih alata. To uključuje transkriptomiku da bi se videlo koji geni se aktiviraju tokom smrzavanja, metabolomiku za katalogizaciju krioprotektanata i dugoročno praćenje skloništa u različitim klimatskim zonama.

Zmije garter predstavljaju savršen primer evolutivne oportunosti. Uski set biokemijskih trikova koji pruža vrsti dragoceno vreme kada njeno ponašanje i stanište zakažu. Ta uska margina preživljavanja ipak pruža neviđene biološke uvide. U granice života, krhkost populacija prilagođenih hladnoći i načine na koje promenjiva klima može prednost u preživljavanju pretvoriti u slabost.

Skot Travers, saradnik Forbes