Bazı Kurbağalar Kışın Donarak Nasıl Hayatta Kalıyor?

Edelmar/iStockphoto.com

Kurbağaların Zorlu Koşullarda Hayatta Kalma Yolları

Kurbağalar, dünyanın en dayanıklı canlılarından biridir. Çöllerden kutuplara, tropik yağmur ormanlarından göllere kadar çok farklı ortamlarda yaşayabilirler. Bu geniş yayılımı mümkün kılan başlıca stratejilerden ikisi kış uykusu (hibernasyon) ve yaz uykusudur (estivasyon).

Ilıman iklimlerde yaşayan birçok kurbağa türü, kışın metabolizmalarını yavaşlatarak enerji tasarrufu sağlar. Su kurbağaları (ör. Rana pipiens, Rana catesbeiana), kışın göl veya akarsu tabanlarında oksijen bakımından zengin bölgelerde hareketsiz kalır ya da yavaş hareket ederler.

Tropikal bölgelerde yaşayan bazı kurbağa türleri ise yazın uzun süren kuraklıklardan korunmak için uykuya yatar. Güney Amerika’nın süslü boynuzlu kurbağası (Ceratophrys ornata) ve Afrika boğa kurbağası (Pyxicephalus adspersus) yaz aylarında sadece burun delikleri açık kalacak şekilde toprak altına gömülür ve etraflarında su geçirmez bir koza oluşturarak aylarca bekler.

Ancak bazı kurbağa türleri için bu yöntemler yeterli değildir. Onlar zorlu kış koşullarında hayatta kalmak için farklı bir strateji geliştirmiştir: donmak.

Kara kurbağaları genellikle karada kış uykusuna yatar. Amerikan kara kurbağaları (Bufo americanus) ve iyi kazıcı olan diğer bazı türler, donma noktasının altındaki sıcaklıklardan korunmak için toprağın derinliklerine iner. Ancak kazma becerisi sınırlı olan orman kurbağası (Rana sylvatica) ve bahar kurbağası (Hyla crucifer) kışı yaprak yığınları ya da kaya çatlakları arasında geçirir. Bu alanlar onları dondan koruyamaz; hava sıcaklığı düştüğünde vücutlarının büyük bölümü donar. Buna rağmen ölmezler ve baharda yaşamlarına kaldığı yerden devam ederler.

Nathancamarillo/iStockphoto.com

Donmuş Bir Kurbağa Nasıl Yaşayabilir?

Kurbağalarda donma bir anda gerçekleşmez, saatler sürer. Donma, hücre dışındaki buz kristallerinin deride ya da bağırsaktaki bakteriler tarafından tetiklenmesiyle başlar (inokulatif donma). Önce vücudun uç bölgelerinde buz oluşur, ardından karın boşluğuna ve kaslar arasına yayılır.

Bu sırada kalp atışı giderek yavaşlar ve sonunda tamamen durur; dolayısıyla kan dolaşımı kesilir ve organlar oksijensiz kalır. Kurbağalar bu dönemde yalnızca anaerobik metabolizma yani oksijensiz solunumla gerçekleşen glikoliz yoluyla hayatta kalabilir. Metabolizma son derece yavaşladığı için enerji ihtiyacı minimuma düşer. Bu dönemde kurbağa adeta canlı bir buz heykeline dönüşür. Vücudunun %65–70’i buz hâline gelir. İnsanlar için ölümcül olan bu durum, bazı kurbağalar için haftalarca hatta aylarca sürdürülebilir.

Bahar aylarında sıcaklık yükselmeye başladığında çözülme süreci başlar. Kalp yeniden atmaya, akciğerler yeniden nefes almaya başlar.

Normal şartlar altında canlı hücrelerin içinde buz kristallerinin oluşması ölümcüldür çünkü buz, hücre zarlarını parçalayarak dokuyu geri dönülmez biçimde tahrip eder. Donmaya dayanıklı kurbağalar ise buzun hücre dışında birikmesini sağlayacak adaptasyonlar geliştirmiştir. Böylece kurbağanın vücudundaki suyun önemli bir kısmı hücrelerin dışında donar, hücrelerin içi ise korunur.

Bu korumanın en önemli etkenlerinden biri glikozdur (bazı türlerde gliserol de rol oynar). Soğukla birlikte karaciğerdeki glikojen depoları hızla parçalanır (glikojenoliz) ve yalnızca birkaç dakika içinde kurbağanın kanındaki glikoz seviyesi normalin 100 katına kadar çıkabilir. Glikoz, hücrelerin içinde suyu tutarak buz kristallerinin oluşmasını engeller; adeta hücreleri antifriz gibi korur.

Donma sırasında organlar da kendini korumaya alır. Örneğin karaciğer gibi bazı organlarda suyun %50’sinden fazlası damar dışına çıkar ve orada donar. Bu kontrollü dehidrasyon, buzun dokulara vereceği mekanik zararı azaltır. Bazı kurbağalarda üre birikimi de görülebilir. Bu durum hücre içi ve dışındaki sıvı dengesini koruyarak ek bir antifriz etkisi yaratır.

En ilginç noktalardan biri, bu koruma tepkilerinin kış boyunca önceden hazırlanmış olmamasıdır. Mekanizma, ilk buz kristallerinin oluşmasıyla tetiklenir. Deride veya bağırsaktaki buz, sinirsel ve hormonal sinyaller aracılığıyla karaciğere iletilir; karaciğer glikojenini hızla glikoza dönüştürür ve biyokimyasal korunma süreci başlar.

Donmanın ilk evrelerinde kalp saatlerce atmaya devam eder, böylece glikoz vücuda yayılır. Daha sonra kalp tamamen durur. Ancak çözülme başladığında birkaç saat içinde kalp yeniden çalışmaya başlar. Bu süreç bir kış boyunca birden fazla kez tekrarlanabilir. Kurbağalar defalarca donup çözülse bile yaşamaya devam edebilir.

Çözülme Süreci

Çözülme de kontrollü ve kademelidir. Havalar ısındığında buz çözülmeye başlar. Önce kan dolaşımı düzene girer, kalp atmaya başlar, ardından solunum devreye girer. Beyin ve sinir sinyalleri normale döner. Dokulara su geri döner ve glikoz karaciğerde yeniden glikojen olarak depolanır. Saatler içinde kurbağa eski hâline kavuşur.

Tıbbî Araştırmalara İlham

Kurbağaların donarak hayatta kalma yeteneği bilim insanlarına önemli ilham kaynakları sunar. Günümüzde organ naklinde, organlar nakil öncesi yalnızca birkaç saat canlı kalabiliyor. Ancak kurbağaların glikoz temelli “biyolojik antifriz” stratejisi daha iyi anlaşılırsa organların çok daha uzun süre bozulmadan saklanması mümkün olabilir.

Ayrıca donmuş kurbağaların kan şekeri normalin yüz katına kadar çıksa bile organların zarar görmemesi, insanlarda diyabetin yan etkilerini azaltmaya yönelik araştırmalar için de önemli ipuçları sunabilir.

Sözlük:

Amfibi: Hem suda hem karada yaşayabilen omurgalı hayvanlardır. Örnekleri kurbağalar, semenderler ve semender benzeri canlılardır.

Glikoliz: Canlı hücrelerde glikozun, oksijen yokluğunda bile enzimler aracılığıyla parçalanarak enerji (ATP) ve pirüvat üretildiği metabolik yolaktır. Bu süreç, hücreler için temel bir enerji kaynağıdır.

Gliserol: Üç karbonlu bir alkol molekülüdür; yağların (trigliseritlerin) yapı taşını oluşturur. Ayrıca biyolojik sistemlerde hücreleri koruyucu ve su tutucu olarak işlev görebilir.

Glikojen: Karbonhidratların hayvanlarda depolanmış şeklidir; özellikle karaciğer ve kaslarda bulunur ve gerektiğinde enerji kaynağı olarak glikoza dönüştürülür.

Dehidrasyon: Hücre veya dokulardan suyun kaybı durumudur.

Kaynaklar:

• Rosania, K. (2013). Frozen frogs spring back to life. Lab Animal, 42(10), 343-344.
• Layne Jr, J. R., & Lee Jr, R. E. (1995). Adaptations of frogs to survive freezing. Climate Research, 5(1), 53-59.
• Storey, K. B. (1990). Life in a frozen state: adaptive strategies for natural freeze tolerance in amphibians and reptiles. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 258(3), R559-R568.
• https://www.scientificamerican.com/article/how-do-frogs-survive-wint/
• https://www.nationalgeographic.com/animals/article/animals-freeze-then-thaw-explained
• https://spectrumlocalnews.com/mo/st-louis/weather/2023/01/13/frozen-frogs--the-skill-that-helps-them-survive-the-winter
• https://www.lcbp.org/2024/01/q-is-it-true-that-some-frogs-can-survive-being-frozen

Yazar Hakkında:

Gülnur Şener

Moleküler Biyolog