Leáll a szíve a békának, mégis feltámad

Alaszkai erdei béka. Ki hinné, hogy ez az állat tavasszal még életre kel?

Néhány békafaj úgy vészeli át a leghidegebb hónapokat, hogy szinte csonttá fagy, még a szíve is leáll.

A békák testhőmérséklete a környezetük hőmérsékletét követi, elég széles tartományban. Néhány békafaj úgy vészeli át a leghidegebb hónapokat, hogy majdnem szilárdra fagy, még a szíve is leáll.

Az egyik ilyen béka az Észak-Amerikában élő erdei béka (Rana sylvatica). Ősszel ezek a békák a levelek alá bújnak az erdőben a felszínhez közel, ahol megfagynak és kiolvadnak a környezettel együtt. Amikor a jég kezd nőni, és egy jégkristály érinti a béka bőrét, beindul a folyamat: a béka megfagy. De nem válik jégtömbbé.

Amikor a bőrben elkezd alakulni a jég, a béka mája a glikogén („állati keményítő”) formában tárolt szénhidrátot glükózzá (szőlőcukor) alakítja. Ez a cukor a májból szabadul fel és a véráramon keresztül jut el minden szövethez, hogy segítse a sejteket megvédeni a teljes dehidrációtól és összezsugorodástól. A glükóz tehát fagyállóként működik a béka vérében.

Erdei béka (Rana sylvatica) Forrás: Picture-Alliance/AFP/usage worldwide/Sandra Demmelhuber

Miközben a béka megfagy, szíve továbbra is pumpálja a védelmező glükózt körbe a testben, de a szív lelassul, végül megáll, és az összes szerv megszűnik működni, nem lélegzik, a béka fiziológiai folyamatai szinte leállnak napokra, hetekre. A béka nem használ oxigént, és holtnak tűnik. Ebben az állapotban a testben lévő víz 70%-a megfagy. Az Ohio államban élő békák kb. -4,44 Celsius-fokot bírnak, de északabbra élő rokonaik ez alatt is túlélnek.

A béka bőre nagyon áteresztő, ezért a béka körüli jég rögtön beindítja a testfolyadékok megfagyását. John P. Costanzo, a Miami University amerikai egyetem kutatója szerint a béka téli menedéke tele van jégmagképző tényezőkkel, melyek valószínűleg hozzájárulnak a béka megfagyásához: különböző ásványi anyagok, szerves savak, mikrobák.

A télen begyűjtött békák beleiből számos erős jégképző aktivitást mutató baktériumváltozatot mutattak ki, ami azt jelzi, hogy ezek a baktériumok megmaradnak a hibernáció alatt. Costanzo úgy véli, valószínűleg ezek az elsődleges mechanizmusok, amik beindítják a fagyást, nincs szükség jégképző proteinekre, vagy más endogén jégmagra, mint néhány gerincesnél.

Más kutatók, pl. Kenneth Storey, a Carleton University kanadai egyetem biokémikus professzora szerint vannak jégmagképző proteinek a békák vérében. Amint az első jégkristályok elérik a béka bőrét, a béka bőre megfagy, a béka megkeményedik. Vérükben speciális fehérjék, úgynevezett magképző proteinek találhatók, ezek okozzák, hogy a víz megfagy a vérben.

Alaszkai erdei béka. Ki hinné, hogy ez az állat tavasszal még életre kel? Forrás: Origo

Az állatoknak kell egy módszer, hogy a sejtek belsejében ne keletkezzen jég, mert a jég károsítja a sejteket és a szöveteket. Egy fagyálló elegy képes megakadályozni, hogy jég képződjön a sejtben: csökkenti a víz fagyáspontját, így a víz jóval 0 Celsius-fok alatt sem fagy meg. Amikor egy fagyálló anyag feloldódik a vízben, erős kötést hoz létre a vízmolekulával, az ilyen víz molekula nem tud más vízmolekulával kötést létre hozni, hogy jeget formáljanak. Így a víz lehűlhet 0 Celsius-fok alá anélkül, hogy megfagyna. Az erdei béka húgysavat és glükózt, illetve glikogént termel, ezek a fagyálló anyagai.

A kutatók összehasonlították az alaszkai populációt az ohiói populációval, és azt találták, hogy az előbbiek -4 Celsius-fokon fagynak meg, majd újjáélednek, az utóbbiak -16 Celsius fokon fagynak meg, majd újjáélednek, de úgy vélik a tudósok, hogy ennél hidegebbet is túlélnek. A fagyálló anyagok magasabb koncentrációban vannak jelen az alaszkai békáknál, mint déli rokonaiknál. Az alaszkai békánál ráadásul van még egy plusz rejtélyes oldott anyag.

A béka kiolvadásakor híg folyadékcseppek jönnek létre a sejt közötti terekben. Helyre kell állítani a sejttérfogatot, az ozmotikus egyensúlyt, az energiaállapotot. A víz lassan visszaáramlik a sejtbe, a szív beindul, és a vér újra áramolni kezd.

A hibernáció végén a békában regenerációs folyamat zajlik le, néhány károsult sejtet is ki kell cserélnie. A fiziológiai és viselkedési funkciók rendszerint néhány nap alatt visszatérnek. A helyreállító folyamatok az alapfunkcióktól fokozatosan haladnak a komplexebb funkciókig. Pl. a szívverés beindul, még mielőtt a jég a testben teljesen elolvad, és hamarosan ezután a tüdőlégzés és vérkeringés is helyreáll.

Az összehúzódó képesség a hátsó izmokban a kiolvadás után 1-2 órával visszatér, a beidegző csípőideg funkció megközelítőleg 5 órán belül helyreáll. A normál testtartás és a koordinált mozgató funkciók rendszerint 12-24 órán belül állnak helyre. A magasabb rendű viselkedésformák, így a párzási ösztön és az udvarlás több nap alatt regenerálódik.

Ha a békák technikáját sikerülne lemásolni, az nagy áttörést jelentene a szervátültetésben. Jelenleg csak néhány órája van az orvosnak, hogy a donorszervet beültesse a páciensbe.

Jelenleg a szerveket hűtik és nem fagyasztják, mivel a fagyástól a szervek károsodnak, dehidrálódnak. Az orvosnak csak néhány órája van, hogy a donorszervet a páciensbe ültesse, a szerv csak ennyi ideig életképes, és nem mindig ér el időben a pácienshez. Ha fagyasztással növelni tudnák a szerv életképességét, az forradalmasítaná a transzplantációt. Élő szervek károsodás nélküli fagyasztásának és kiolvasztásának a megvalósítása nagy áttörés lenne a szervátültetésben, mert így a szerveket körbeszállíthatnák a világon.