Welche besonderen Tricks haben Lebewesen, die in kalten Gebieten leben?

★ Durch kurzfristiges Schockgefrieren erfrieren Tiere wie Kröten und Fische, bei rechtzeitiger Erwärmung ist dies jedoch nicht tödlich.

★ Durch das Einfrieren können sich im Wasser in den Zellen Eiskristalle bilden, die zu Zellschäden, beispielsweise Rissen, führen und zum Tod des Tieres führen.

★ Um dem Einfrieren zu widerstehen, verfügen Tiere wie der nordamerikanische Waldfrosch, die Grönlandmotte und der Wasserbär über eine Reihe einzigartiger Tricks für die „Wiederauferstehung nach dem Eis“.

Vor Kurzem wurde ein urkomisches Video zu einem heißen Thema. Eine Frau aus Jilin fing beim Auswerfen eines Netzes zum Fischfang versehentlich eine Kröte. Die Temperatur lag unter -20 °C und die Kröte war nach nur wenigen Sprüngen in einer ungünstigen Haltung zu einer „Eisskulptur“ erstarrt … Glücklicherweise setzte die Frau sie sofort wieder ins Wasser und die Kröte erholte sich schließlich und schwamm davon.

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Es gibt viele kurze Videos mit ähnlichem Inhalt, beispielsweise eine Person, die einen Gefrierschrank öffnet und einen in Eis eingewickelten und hartgefrorenen Fisch herausnimmt. Nach einer Erklärung wirft er den Fisch ins Wasser. Wenn das Eis auf dem Fisch langsam schmilzt, erwacht der Fisch wieder zum Leben!

Tiere wie Kröten und Fische können nach dem Schockfrosten tatsächlich innerhalb kurzer Zeit wiederbelebt werden. Dies liegt hauptsächlich daran, dass nur die Oberfläche ihres Körpers gefroren ist und ihre inneren Organe noch nicht gefroren und beschädigt sind. Wenn die Zeit zu lang ist, sterben sie trotzdem.

Was sind also die Ursachen für den Erfrierungstod von Tieren?

Die Schäden, die biologische Organismen durch das Einfrieren erleiden, betreffen hauptsächlich die Zellen. Wird der Körper eines Tieres eingefroren, gefriert die Zellflüssigkeit in den Zellen des Tieres. Wenn Wasser zu Eis wird, vergrößert sich sein Volumen und es entstehen häufig scharfe Eiskristalle. Die Zellen werden dadurch „gesprengt“, was zu irreversiblen Schäden im Körper führt.

Im Winter gefangene Fische können im Eis nicht überleben. | Tuchong Creative

Darüber hinaus kommt es beim Einfrieren von Zellen zu einem Stopp des Stoffaustauschs zwischen den Zellen. Noch wichtiger ist jedoch, dass dem Organismus kein Wasser mehr zur Verfügung steht, der Stoffwechsel fast vollständig zum Erliegen kommt und auch der Träger des organischen Lebens, das Protein, denaturiert, wodurch das Tier sein Leben verliert.

Es gibt jedoch auch viele Kleintiere, die dem Frost standhalten und überleben können. In diesem Sinne kann man sagen, dass sie wie die Acht Unsterblichen sind, die das Meer überqueren und jeweils ihre magischen Kräfte zeigen. Als nächstes werde ich einige typische vorstellen.

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Der Waldfrosch mit eigenem „Frostschutzmittel“

Viele Mitglieder der Waldfroschfamilie sind relativ „kälteresistent“, beispielsweise sind der Nordost-Waldfrosch und der Heilongjiang-Waldfrosch meines Landes sehr kälteresistent. Ihre Verwandten in Alaska, Rana sylvatica, auch bekannt als „Nordamerikanischer Waldfrosch“, können jedoch 8 Monate lang einfrieren, und wenn der Frühling kommt, sind sie immer noch wie normale Frösche, und wenn sie aufwachen, sind sie immer noch bei guter Gesundheit und essen gerne.

Obwohl er nicht über die einzigartigen Fähigkeiten des nordamerikanischen Waldfrosches verfügt, ist der nordöstliche Waldfrosch ebenfalls sehr kälteresistent. | Tuchong Creative

Frösche sind wechselwarme Tiere, ihre Körpertemperatur ändert sich also mit der Lufttemperatur. Die meisten kaltblütigen Tiere erfrieren, wenn sie ihre Körpertemperatur bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt nicht halten können. Wie also verhindert der nordamerikanische Waldfrosch Frostschäden?

Das Geheimnis der Kälteresistenz des nordamerikanischen Waldfrosches liegt darin, dass er über zwei Frostschutzmittel verfügt. Das eine ist Harnstoff und das andere ist Glukose. Während des Gefrierprozesses kann der nordamerikanische Waldfrosch Harnstoff und Glukose ins Blut abgeben und über das Blut zu verschiedenen Organen im ganzen Körper transportieren. Wenn die Konzentration dieser beiden Substanzen im Körper zunimmt, kann der Gefrierpunkt von Körperflüssigkeiten gesenkt werden, um das Gefrieren des Körpers zu verlangsamen.

Wenn die Umgebungstemperatur unter den Gefrierpunkt fällt, wird die Oberfläche des nordamerikanischen Waldfrosches langsam mit einer Eisschicht bedeckt und sein Körper gefriert langsam. Zu diesem Zeitpunkt wird das Eisnukleationsprotein in seinem Körper aktiviert. Die Funktion dieses Proteins besteht darin, das Eis am äußeren Rand der Zelle einzufrieren und so die Bildung größerer Eiskristalle im Inneren der Zelle zu verhindern und so Zellschäden vorzubeugen. Wenn das Wasser außerhalb der Zellen gefriert, tritt aufgrund des osmotischen Drucks das Wasser innerhalb der Zellen aus, wodurch die Zellen dehydrieren und so einer Zerstörung durch das Einfrieren des Körpers vorbeugen.

Im kalten Alaska leben nur wenige Menschen | Tuchong Creative

Während der Frostperiode in Alaska erreichen die Temperaturen nicht nur fast -20 °C, sondern halten auch bis zu 8 Monate an. Um in dieser Zeit am Leben zu bleiben, benötigt der nordamerikanische Waldfrosch außerdem seine spezialisierte Leber.
Auch die riesige Leber ist ein entscheidender Faktor für das erfolgreiche „Einfrieren“. Der nordamerikanische Waldfrosch nutzt die Leber zur Speicherung von Zucker als Energiequelle zur Erhaltung des Lebens. Wenn der lange Winter zu Ende geht und die Temperaturen steigen, schmilzt das Eis im Körper des nordamerikanischen Waldfrosches allmählich und er wacht wieder auf.

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Der zähe und langlebige Bärenspinner

Im kanadischen Arktischen Archipel, in Grönland und auf der russischen Wrangelinsel, nahe dem Nordpol, gibt es einen Nachtfalter: Gynaephora groenlandica, bekannt als Grönländischer Bärenspinner. Darüber hinaus verfügt es über eine außergewöhnliche Frostbeständigkeit.

Insekten haben im Allgemeinen einen kurzen Lebenszyklus und haben Angst vor Kälte, aber das Larvenstadium der Grönlandmotte dauert bis zu 7 Jahre. In hohen Breitengraden ist es die meiste Zeit sehr kalt und die Pflanzen keimen nur für kurze Zeit im Jahr. Den Larven steht dieses kurze Zeitfenster nur zur Nahrungsaufnahme und zum Auftanken der Energie für die Metamorphose zur Verfügung. Sie verpuppen sich erst im Sommer des siebten Jahres und schlüpfen dann im Frühjahr des zweiten Jahres. Nachdem die weiblichen Motten aus ihrer Puppe geschlüpft sind, können sie kaum noch fliegen. Sie verlassen sich auf die Sexualpheromone, die sie aussenden, um männliche Motten zur Paarung anzulocken. Nach der Paarung legt der weibliche Falter Eier und wenn die Eier schlüpfen, beginnt ein neuer 7-Jahres-Zyklus.

Nach Untersuchungen fanden Wissenschaftler heraus, dass dieses Insekt Temperaturen von bis zu -70 °C standhalten kann. Wenn die Temperatur sinkt, scheiden sie überschüssiges Wasser aus ihrem Körper aus und halten ihre Körperflüssigkeiten auf einer sehr hohen Konzentration. Gleichzeitig enthalten die Wirtspflanzen der Larven ein Alkaloid namens Pyrrolizidin, das die Larven zur Produktion des Juvenilhormons anregt. Einige Wissenschaftler glauben, dass dieses Alkaloid den Larven dabei helfen kann, überschüssiges Wasser aus ihren Zellen auszuscheiden und so ihre Widerstandsfähigkeit gegen das Einfrieren des Körpers zu verbessern.

Pyrrolizidinhaltige Pflanzen sind für Insekten unschädlich, für den Menschen jedoch lebertoxisch. | Tuchong Creative

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Der Wasserbär ist so stark, dass es unfair ist

Wenn es um „zähe“ Lebewesen geht, denken viele von uns wahrscheinlich an Bärtierchen. Dieser kleine Kerl fühlt sich im Weltraum genauso zu Hause wie in kochendem Wasser.

Ein Wissenschaftler führte einmal ein Experiment durch, bei dem er Bärtierchen 20 Monate lang in flüssige Luft bei minus 200 Grad Celsius tauchte, sie dann über 26 Stunden lang in flüssigen Stickstoff bei minus 253 Grad Celsius und sie schließlich 8 Stunden lang in flüssiges Helium bei minus 272 Grad Celsius tauchte. Er dachte, dass dies das Bärtierchen töten würde, aber nachdem er es herausgefischt hatte, stellte er fest, dass das Eis in seinem Körper schnell schmolz und es bald wieder zum Leben erwachte.

Wasserbär | Pictureworm Creative

Wenn Bärtierchen auf raue Umgebungen treffen, rollen sie ihren Körper zusammen und scheiden den Großteil ihres Wassers aus. Dabei treten sie in einen Zustand ein, der als „Kryptoökologie“ bezeichnet wird. Zu dieser Zeit sind die Bärtierchen wie in einer Pause. Im Körper des Bärtierchens befindet sich außerdem ein schadenshemmendes Protein, das bei einer möglichen Schädigung seiner Zellen als „Schutzschild“ fungieren und die Zellen vor Schäden bewahren kann. Die Fähigkeit der Tiere, dem Einfrieren zu widerstehen, ist das Ergebnis ihrer Anpassung an die Umwelt im Laufe von Millionen von Jahren der Evolution. Durch ihre Forschung haben Wissenschaftler viele Erkenntnisse gewonnen, die zum Wohle der Menschheit beitragen. Vielleicht ist die Technologie der „Kryobiose“ eines Tages ausgereift und interstellare Reisen sind kein Traum mehr.

Autor | Li Weiyang, Wissenschaftsautor

Seine Arbeiten wurden auf Guokr.com, der State Forestry Administration, China National Geographic, dem „Bowu“-Magazin, dem Juvenile Science Magazine usw. veröffentlicht.

Rezension | Huang Chengming, Forscher, Institut für Zoologie, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Herausgeber | Jiang Fan

Herausgeber | Ding Zong

Dieser Artikel wird von „Science Facts“ (ID: Science_Facts) erstellt. Bei Nachdruck bitten wir um Quellenangabe.

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