Megfagy, mégis él, az erdei béka titka

A novemberi erdőben túrázva, ha nagyon figyelmesen nézzük az erdőt, a falevelek alatt egy barna, fekete maszkos békát is találhatunk, ami mozdulatlanul fekszik. Amikor hőmérséklet tartósan nulla fok alá kúszik és a szél megdermeszti a talaj felső rétegét, ami talán egy emlőst megölne, a békánál ugyanakkor egy rutinszerű, évente bekövetkező esemény. A szívverése előbb lelassul, majd egyszerűen megáll. A légzése is megszűnik. A testfolyadék egy része jéggé válik. Az erdei béka (Rana/Lithobates sylvaticus) számára ez nem a vég, hanem a túlélés tudománya és egyben a tavasz ígérete.

Ez a faj azért emelkedik ki az állatvilágól, mert ténylegesen kibírja a téli hideg miatt bekövetkező részleges megfagyást. A kutatási adatok szerint a béka testének víztartalmának nagyjából kétharmada (kb. 65 százalék) is jéggé fagyhat, mindez kontrollált módon, a sejtek közötti terekben következik be, miközben a létfontosságú szervei dehidratálódnak, hogy a jégkristályok ne roncsolják őket.

A tavasz első meleg napjai alatt, amelyek elindítják az olvadást, történetünk hőse órák–napok alatt visszanyeri testének víz tartalmát és szerveinek működését. A faj egészen az észak-amerikai sarkkörig terjedt el és kora tavasszal – gyakran még hófoltok között – az elsők között szaporodik az időszakos pocsolyákban. A nőstények egy-egy 600–1000 petéből álló csomót raknak le, majd eltűnnek az erdőben.

Ennek a „varázslatnak” a kulcsa egy drámai cukorlöket. Ahogy az első jégkristályok megjelennek a bőr alatt, a máj villámgyorsan lebontja a glikogént, és glükózzal árasztja el a vért és a szöveteket. Ennek koncentrációja a kritikus szervekben akár százszorosára is ugorhat az őszi, „meleg” értékekhez képest.

A laboratóriumi fagyasztási kísérletekben a békák májában 1300 µmol/gramm (száraz tömeg) fölötti glükózszinteket is mértek, még –8 és –16 °C között is. A glükóz egyszerre viselkedik „antifagyállóként” és sejtvédő pufferként is, amely csökkenti a jég okozta mechanikai és ozmotikus stresszt, így a fagyasztott békák jelentős része túlélte a –5 °C-ot is, míg a kontrollállatok elpusztultak.

A cukor mellé az erdei béka egy másik, meglepő összetevőt is kever, méghozzá karbamidot (ureát). Amire a legtöbb állat „hulladékként” tekint, az itt kifinomult krioprotektánssá válik. Ősz végén, sőt szárazabb körülmények között már korábban is megemelkedik a szintje, a szervezet szabályozott izomfehérje-bontással „szponzorálja” ezt a készletet.

A karbamid stabilizálja a fehérjéket és az ozmotikus viszonyokat, együtt dolgozva a glükózzal, hogy a jég a sejten kívül nőjön, miközben a sejt maga összehúzódik, de épen marad. Ez a „cukor–urea koktél” az erdei béka fagyállója, amit a természet által lett összeállítva.

A béka testében közben fegyelmezett káosz zajlik. Kalorimetriás vizsgálatok szerint –2,5 °C-on a békák testében 7,8 gramm jég képződött, ami 65,4 százalék fagyott testvíznek felelt meg. A szervek – főleg a máj és a belek – 20–60 százalékos vízvesztést szenvednek el, majd az olvadás után 3 órától 48 óráig terjedő idő alatt rehidratálódnak teljesen, szervtől függően.

A rendszer úgy van hangolva, hogy a víz a megfelelő helyről a megfelelő helyre áramoljon, a jég pedig ott keletkezzen, ahol nem okoz végzetes kárt.

Meddig lehet ezt büntetlenül csinálni? A természetes mikroélőhely – a levélalj, a hó alatti talaj – tompítja a leghidegebb napokat, így a béka jellemzően nem találkozik extrém rekordokkal. Kísérletek és terepi megfigyelések alapján a faj –8 és –16 °C közötti fagyasztott állapotot is átvészelhet, de –30 °C körül a jégterhelés már halálos.

Az újjáéledés folyamata ugyanolyan lenyűgöző. A tavaszi nap első langyos sugarai alatt a jég a bőrből és az izmok közötti terekből tűnik el először és a belső szervek olvadnak ki a legkésőbb. A szív indul újra leghamarabb, a légzés követi, majd az idegrendszer következik

Feltűnően kevés a fagy okozta maradandó sérülés, még a tartósan magas glükózszint sem „cukrosítja el” veszélyesen a fehérjéket, vagyis a fehérje-glikáció mértéke csekély marad – mintha a szervezet tényleg számított volna erre a cukorviharra.

Miért rajonganak ezért a biológusok és orvosok? Mert az erdei béka kriobiológiai kézikönyvként él és lélegzik (amikor épp nem fagy). A glükóz–urea páros, a szabályozott szervi dehidratáció, az energia-anyagcsere visszafogása és a fehérjevédelem együtt olyan „hibatűrő üzemmódot” ad, amely hetekig is fenntartható.

Nem véletlen, hogy a fajból kiinduló kutatások gyakran mintaként szolgálnak a szövet- és szervmegőrzés kérdéseiben, ha megértjük, miként előzi meg a jég okozta roncsolást és az oxigénhiányos károsodást, közelebb kerülünk a jobb hidegtárolási eljárások leképezéséhez is.

A történet ráadásul nem csak „örök télről” szól, hanem a jövő teleiről is. Egy rendkívül hideg, kevés hóval járó tél például növelheti a kitettséget és csökkentheti a túlélést, mert a hó, mint „paplan” hiányzik a béka fölül. Rádiótelemetriás és terepi vizsgálatok épp erre figyelmeztettek, a hótakaró és az őszi mozgásmintázatok érzékenyen befolyásolják a túlélést. Ha a klímaváltozás felborítja a tél mikrodinamikáját – a fagy–olvadás ciklusok ritmusát –, az az erdei béka élettörténetének több fejezetét írhatja át, a teleléstől a kora tavaszi nászig.

És amikor a jég végre visszavonul, az erdei tócsák megelevenednek és egy hétig zsongnak. Több száz, akár több ezer pete egyetlen zselés csomóban, a hímek kórusa fölötte és a tavasz siettető tempója. Az erdei béka azért érkezik elsőként, mert a föld hamarabb felmelegszik, mint a tavak mélye, így a „fagyhalálból” ébredő béka versenyelőnyre tesz szert, és mire mások megjönnek, az ő ivadékai már fejlődnek. A természet egyik legizgalmasabb cliffhangere minden évben ugyanott ér véget: életjel, szívdobbanás és az első ugrás a hófoltok között.