Καθώς ο υδράργυρος βυθίζεται στα ετήσια χαμηλά επίπεδά του, όσοι βρίσκονται στα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη, υποχωρούν προς ζεστά καταφύγια. Μπορεί οι άνθρωποι να συμπονούν τα πουλιά ή τα σκιουράκια που υπομένουν το τσουχτερό κρύο αλλά σπανίως κάνουν τέτοιες σκέψεις για τα μικρότερα και λιγότερο ελκυστικά πλάσματα, όπως τα έντομα και οι αράχνες. Πως όμως επιβιώνουν από το βαρύ χειμώνα, πλάσματα που δεν έχουν γούνα ή φτερά;
Η απειλή της ζωής σε χαμηλές θερμοκρασίες δεν είναι στην πραγματικότητα το κρύο, αλλά ο πάγος. Με κύτταρα και οργανισμούς που αποτελούνται κυρίως από νερό, ο πάγος είναι δυνητικά θανατηφόρος γιατί ο σχηματισμός του διαταράσσει την ισορροπία μεταξύ των υγρών εντός και εκτός των κυττάρων, γεγονός που οδηγεί σε συρρίκνωσή τους και σε ανεπανόρθωτες βλάβες στους ιστούς.
Τα έντομα έχουν ως εκ τούτου ανακαλύψει όλους τους τρόπους για να αποφεύγουν τον πάγο. Μία στρατηγική είναι να μεταναστεύουν το χειμώνα. Πεταλούδες, όπως η μονάρχης, μεταναστεύουν νότια. Είναι μία πολύ καλή λύση, αλλά είναι σπάνια ικανότητα. Τα περισσότερα έντομα παραμένουν στο τοπικό τους περιβάλλον και πρέπει να βρούνε κάποιον άλλο τρόπο προκειμένου να μην καταλήξουν... κατεψυγμένα. Αποφεύγουν τον πάγο με το να κρύβονται σε τρύπες ή φωλιές κάτω από το χιόνι ή το στρώμα του πάγου ή όπως κάνουν κάποιες προνύμφες εντόμων που βρίσκουν καταφύγιο σε πυθμένες λιμνών που δεν έχουν παγώσει τελείως.
Αλλά πολλά έντομα, όπως και άλλα ζώα, προκειμένου να αμυνθούν απέναντι στην άμεση έκθεση σε θερμοκρασίες παγετού, παράγουν αντιψυκτικές ουσίες. Τα πρώτα ζώα με αυτή τη δυνατότητα εντοπίστηκαν αρκετές δεκαετίες πριν - πρόκειται για τα ψάρια της Ανταρκτικής – από τον Arthur DeVries, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Ιλλινόις. Ο ωκεανός γύρω από την Ανταρκτική είναι πολύ κρύος, περίπου 29 βαθμούς Fahrenheit. Το νερό είναι επιπλέον αρκετά αλμυρό για να μείνει υγρό. Το άφθονα πάγο – σωματίδια που αιωρούνται στα ύδατα αυτά αποτελούν κίνδυνο για τα ψάρια, διότι, σε περίπτωση κατάποσης, μπορεί να κινήσουν τη διαδικασία σχηματισμού πάγου στο έντερο και στη συνέχεια τα ψάρια να καταλήξουν κατεψυγμένα. Εκτός αν κάτι εμποδίσει τους κρυστάλλους του πάγου να δημιουργηθούν.
Κι αυτό ακριβώς είναι που κάνουν οι αντιψυκτικές πρωτεΐνες των ψαριών. Οι ιστοί κυκλοφορίας του αίματος περίπου 120 ειδών ψαριού που ανήκουν στην οικογένεια Notothenioidei, είναι γεμάτοι αντιψυκτικό. Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν μία ασυνήθιστη επαναλαμβανόμενη δομή που τους επιτρέπει να συνδεθούν με τους κρυστάλλους πάγου και να μειώσουν την ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία οι κρύσταλλοι μπορούν να δημιουργηθούν σε περίπου 28 βαθμούς. Αυτό είναι κάτι λιγότερο από την ελάχιστη θερμοκρασία του Νοτίου Ωκεανού και περίπου δύο βαθμούς χαμηλότερη από το σημείο πήξης ενός ψαριού που δεν δημιουργεί αντιψυκτικές πρωτεΐνες. Αυτό το μικρό περιθώριο της προστασίας είχε σοβαρές συνέπειες. Τα ψάρια που δημιουργούν αντιψυκτικές πρωτεΐνες κυριαρχούν πλέον στα νερά της Ανταρκτικής.
Η ικανότητα τους να ζήσουν και να ευδοκιμήσουν σε παγωμένο νερό είναι εντυπωσιακή, αλλά τα έντομα πρέπει να επιβιώσουν σε πολύ ψηλότερες θερμοκρασίες στην ξηρά.
Ορισμένα, όπως ο ψύλλος του χιονιού, δραστηριοποιούνται ακόμα και το χειμώνα και μπορεί να βρεθούν να χοροπηδούν στο χιόνι ακόμη και με θερμοκρασίες πολύ χαμηλές. Αυτά τα έντομα δεν είναι πραγματικά ψύλλοι, αλλά springtails, έντομα πρωτόγονα, χωρίς φτερά, που κάνουν τεράστια άλματα χρησιμοποιώντας την ουρά τους. Οι Laurie Graham και Peter Davies από το Queen’s University στο Kingston, του Ontario, απομόνωσαν πρωτεΐνες από τους ψύλλους του χιονιού και ανακάλυψαν ότι είχαν κι αυτοί μία επαναλαμβανόμενη δομή που συνδέεται με τον πάγο και παρεμποδίζει την ανάπτυξη κρυστάλλων. Η σύνθεσή των αντιψυκτικών πρωτεϊνών των διαφόρων εντόμων είναι πολύ διαφορετική από έντομο σε έντομο και εντελώς διαφορετική από αυτή των ψαριών της Ανταρκτικής. Το αντιψυκτικό που αναπτύσσει κάθε ζώο αποτελεί μία ξεχωριστή εξελικτική εφεύρεση.
Αλλά η καινοτομία των εντόμων υπερβαίνει το αντιψυκτικό. Οι Βιολόγοι έχουν ανακαλύψει μια άλλη στρατηγική για την αντιμετώπιση του παγετού. Μερικά έντομα απλά αντέχουν το κρύο.
Στα πιο βόρεια κλίματα, όπως στο εσωτερικό της Αλάσκα, στο μεσοχείμωνο η θερμοκρασία πέφτει έως και τους μείον 60 βαθμούς Κελσίου, και το χιόνι μπορεί να διαρκέσει μέχρι το Μάιο. Σε αυτές τις ακραίες θερμοκρασίες, το σκαθάρι Upis, για παράδειγμα, παγώνει σε περίπου μείον 19 βαθμούς. Αλλά, παραδόξως, μπορεί να επιβιώσει στην έκθεση σε θερμοκρασίες που φτάνουν τους περίπου μείον 100 βαθμούς.
Για να ανεχτούν το κρύο είναι σημαντικό για τα έντομα να ελαχιστοποιήσουν τη βλάβη που κανονικά αυτό προκαλεί. Τα έντομα αναπτύσσουν μία ποικιλία ουσιών που τα προστατεύουν από το κρύο. Καθώς πλησιάζει ο χειμώνας, παράγουν υψηλές συγκεντρώσεις γλυκερόλης και άλλα είδη μορίων αλκοόλ. Οι ουσίες αυτές δεν προλαμβάνουν το πάγωμα αλλά επιβραδύνουν της διαδικασία σχηματισμού του πάγου και επιτρέπουν στα υγρά που περιβάλλουν τα κύτταρα να παγώνουν με ελεγχόμενο τρόπο. Την ίδια ώρα το περιεχόμενο των κυττάρων δεν παγώνει.
Για μέγιστη προστασία, ορισμένα έντομα στην Αρκτική χρησιμοποιούν ένα συνδυασμό αυτών των ουσιών αυτών με τις αντιψυκτικές πρωτεΐνες για τον έλεγχο του σχηματισμού του πάγου και την προστασία των κυττάρων. Πρόσφατα ένα νέο είδος αντιψυκτικού ανακαλύφθηκε στο σκαθάρι Upis από μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Notre Dame και το Πανεπιστήμιο Fairbanks της Αλάσκα. Σε αντίθεση με την αντιψυκτική πρωτεΐνη άλλων σκαθαριών, όπως οι ψύλλοι του χιονιού και οι σκώροι, το αντιψυκτικό του Upis είναι μία σύνθεση ζάχαρης που είναι εξίσου αποτελεσματική στην καταστολή της ανάπτυξης πάγου με την πλέον δυνατή αντιψυκτική πρωτεΐνη.
Η επιβίωση είναι πραγματικά η μητέρα του μεγάλου αυτού αριθμού εξελικτικών εφευρέσεις. Η νέα αυτή διαπίστωση αυξάνει τις πιθανότητες να υπάρχουν περισσότερα χημικά «όπλα» με τα οποία τα έντομα αντιμετωπίσουν τις ακραίες καιρικές συνθήκες που μπορούν να ανακαλυφτούν.
Αυτό δεν είναι κάτι που αφορά μόνο την εντομολογία. Η μακροχρόνια πρόκληση στη διατήρηση των ανθρωπίνων οργάνων είναι ακριβώς το πρόβλημα που αυτά τα έντομα έχουν λύσει, δηλαδή πώς οι ιστοί μπορούν να καταψυχθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα και στη συνέχεια να αποψυχθούν με επιτυχία. Οι ερευνητικές ομάδες πλέον διερευνούν πως θα εφαρμόσουν τα όσα θαυμαστά ανακαλύπτουν από τον κόσμο των ζώων, στο χειρουργείο.
ΠΗΓΗ
Σχόλια