الضفادع التي تتجمد وتعود إلى الحياة

تستطيع بعض الضفادع النجاة من تكوّن الجليد داخل أجسامها ثم استئناف نشاطها بعد الذوبان. وأشهر الأمثلة ضفدع الخشب، المعروف في الأدبيات العلمية باسم Rana sylvatica أو Lithobates sylvaticus. تسمى هذه القدرة تحمّل التجمّد، وهي تكيف للبقاء خلال الشتاء، لا موت تعقبه عودة إلى الحياة. المصدر: cpw.state.co.us

تعبّر عبارة «تعود إلى الحياة» عن المشهد المدهش، لكنها تحجب آليته. فالحيوان الساكن الذي لا تُرصد له ضربات قلب يبدو مختلفاً تماماً عن ضفدع يقفز بين أوراق الربيع. غير أن المظهر ليس تعريفاً بيولوجياً للموت. والإنجاز الحقيقي هو بقاء الأنظمة الخلوية الأساسية قابلة لاستعادة عملها حين تختفي علامات الحياة الخارجية المألوفة.

ما الذي يتجمّد، وما الذي يجب حمايته؟

الجليد خارج الخلايا يختلف عن الجليد داخلها

التمييز الحاسم يتعلق بمكان تكوّن الجليد. ففي الضفادع القادرة على تحمّل التجمّد، يتشكل الجليد خارج الخلايا، بينما تساعد آليات الحماية على إبقاء داخلها سائلاً والحد من الضرر. وتصف هيئة الحياة البرية في مينيسوتا ضفادع خشب تتوقف أنفاسها وضربات قلوبها خلال الشتاء وهي تحتمي تحت الأوراق المتساقطة. المصدر: www.dnr.state.mn.us

ويسحب التجمّد الماء من الخلايا أيضاً، ما يخلق مشكلة جفاف. وتشرح دراسة نُشرت عام 2009 كيف يساعد الغلوكوز المركز على الحفاظ على السائل داخل الخلايا وعلى حد أدنى من حجمها مع نمو الجليد خارجها. لذلك يتطلب البقاء أكثر من مادة تخفض ببساطة نقطة التجمّد. المصدر: pmc.ncbi.nlm.nih.gov

التحدي هو الحفاظ على نظام منظم، وليس مجرد شكل الجسم. فلا تفيد استعادة الجسم ليونته إذا تعرضت أغشيته وبروتيناته لتلف لا رجعة فيه. ولهذا لا تثبت صورة حيوان يغطيه الصقيع قدرته على تحمّل التجمّد، ولا يجوز تقليد الظاهرة بوضع ضفدع عادي في المجمّد.

كيف يساعد السكر واليوريا؟

استجابة شتوية منسقة

تحدد الأبحاث الغلوكوز واليوريا بوصفهما مادتين مهمتين للحماية من أضرار التجمّد. يزداد إنتاج الغلوكوز بعد بدء التجمّد، بينما يمكن أن تتراكم اليوريا قبله. وتشمل آثارهما الحد من تكوّن الجليد وفقدان الخلايا للماء. إنها دفاعات متكاملة، وليست دليلاً على أن جميع سوائل الجسم تبقى غير متجمّدة. المصدر: pmc.ncbi.nlm.nih.gov

والاستعداد الموسمي كبير. فقد وجدت مقارنة نُشرت عام 2013 أن ضفادع الخشب في ألاسكا راكمت احتياطيات وقائية أكبر من ضفادع جنوب أوهايو، ونجت من درجات حرارة تجريبية أقل. يشير اسم «ضفدع الخشب» إلى نوع، لكنه لا يضمن تحمّلاً متماثلاً للبرد لدى جميع جماعاته. المصدر: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

واختبرت تجربة عام 2016 دورات متكررة من التجمّد والذوبان. وارتفعت تراكيز الغلوكوز عبر الدورات المتعاقبة في الأنسجة المفحوصة. تساعد النتيجة على تفسير سبب عدم محاكاة تبريد مخبري واحد بالضرورة للحماية التي تتكون خلال خريف متقلب في الطبيعة. المصدر: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

تتجاوز أهمية هذه المقارنة الضفادع. لفهم حد بيولوجي، يجب تحديد الحالة الأولية ومعدل التبريد وتاريخ الحيوان السابق. فقد تحوّل درجة حرارة مثيرة للاهتمام، إذا نُزعت من هذا السياق، نتيجة مقاسة إلى قدرة خارقة مضللة.

ماذا وجد الباحثون فعلياً في ألاسكا؟

تابعت دراسة ميدانية نُشرت عام 2014 ثمانية عشر ضفدع خشب في ملاجئ شتوية طبيعية. نجا جميعها، وظلت متجمّدة بمتوسط 193 يوماً متتالياً. وتراوحت درجات الحرارة الدنيا المسجلة بين سالب 8.9 وسالب 18.1 درجة مئوية. تصف هذه الأرقام المجموعة المرصودة وظروفها، ولا تمثل حداً آمناً عاماً. المصدر: pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

المأوى جزء من نظام البقاء

توفر فرشة الغابة والثلوج عزلاً، فلا تتطابق الظروف حول الضفدع بالضرورة مع أدنى حرارة جوية تعلنها محطة أرصاد. وتصف جامعة ألاسكا في فيربانكس منخفضات سطحية تقضي فيها الضفادع الشتاء تحت حماية الأوراق والأغصان والثلج. يعمل الموئل ووظائف الجسم معاً. المصدر: www.uaf.edu

يسهل إغفال هذا الملجأ الشتوي لأنه لا يشبه جحراً واضح المعالم. فقد تبدو الأوراق على الأرض فوضى للإنسان، بينما تؤدي وظيفة المأوى للحيوان. ومن ثم يتطلب فهم الضفدع النظر إلى أرض الغابة باعتبارها موئلاً، لا مواد تنتظر الإزالة.

هل تستطيع جميع الضفادع فعل ذلك؟

لا. تصف مراجعة في دورية Physiological Reviews تحمّل التجمّد لدى أنواع عدة، منها ضفادع الأشجار الرمادية وضفادع الربيع الصغيرة، لكن مستوى التحمّل يختلف. كما تميز بين نتائج الجماعات التي تعيش في المناخات المعتدلة والقدرة الاستثنائية المسجلة في المناطق الداخلية من ألاسكا. المصدر: journals.physiology.org

ويؤثر الموسم حتى داخل الجماعة الواحدة. فقد وجدت دراسة قارنت ضفادع ألاسكا شتاءً وربيعاً انخفاضاً حاداً في التحمّل بعد السبات. يمكن للحالة البيولوجية للحيوان نفسه أن تغير النتيجة، فلا يصح إسقاط سجل شتوي على ضفدع يُصادَف في فصل آخر. المصدر: onlinelibrary.wiley.com

ماذا يحدث عند عودة الربيع؟

بعد الذوبان، تستأنف ضفادع الخشب نشاطها وتتكاثر في بيئات مائية. وتصف هيئة الحياة البرية في تينيسي تكاثراً مبكراً يبدأ أحياناً قبل اختفاء جليد البرك تماماً، ونداءً مميزاً يشبه نقيق بطة خشناً. النجاة من الشتاء مرحلة في دورة حياة تظل معتمدة على مياه مناسبة للتكاثر. المصدر: www.tn.gov

وقد يغير المناخ هذا التوقيت. تعرض دائرة المتنزهات الوطنية الأمريكية أبحاثاً عن تغير مواعيد نداءات ضفادع الخشب مع تبدل الظروف في ألاسكا. فالقدرة على تحمّل البرد لا تجعل الحيوان مستقلاً عن بيئته: تظل مواعيد الذوبان والتكاثر وتوافر الموئل مهمة. المصدر: home.nps.gov

هل يعني هذا إمكان تجميد البشر وإحيائهم؟

لا تثبت هذه الأبحاث ذلك. تتناول دراسات المواد الواقية من التجمّد أنسجة وأنواعاً وظروفاً محددة. وتحويل نتائجها إلى حفظ آمن لعضو بشري معقد، فضلاً عن إنسان كامل، يحتاج إلى أدلة منفصلة. والتمييز بين نموذج بحثي مفيد وإجراء طبي مثبت أمر أساسي.

إنجاز ضفدع الخشب مدهش من دون قصة بعث من الموت. فهو يوضح كيف يعتمد البقاء على الكيمياء والتوقيت ورقعة أرض محمية. ويتناول مقال PRESDA عن أقدم الأشجار الحية في العالم مثالاً آخر تزداد فيه القصة البيولوجية إثارة حين نحدد مصطلحاتها بدقة. أقدم الأشجار الحية في العالم