Глюкоза - наверное, самый известный из углеводов. В организме любого животного должно постоянно содержаться определенное ее количество (в крови человека - около 15 г). Организм "сжигает" глюкозу и таким образом получает энергию для всех идущих в нем процессов. Некоторые лягушки нашли применение глюкозе в своем организме - любопытное, хотя и гораздо менее важное. В зимнее время иногда можно найти лягушек, вмерзших в ледяные глыбы, но после оттаивания земноводные оживают. Как же они ухитряются не замерзнуть насмерть? Оказывается, с наступлением холодов в крови лягушки в 60 раз увеличивается количество глюкозы. Это мешает образованию внутри организма кристалликов льда.
Американские исследователи из университета Майами проанализировали биохимические и физиологические особенности обитающих на Аляске лягушек вида Rana sylvatica и выяснили, за счет чего животные выдерживают во время зимовки охлаждение до -16 градусов Цельсия. Объектами исследования выступали лягушки, пойманные вблизи Фэрбанкса, города в центральной части штата Аляска. Исследователи охладили животных до -16 градусов и затем проанализировали как состав крови, так и анатомические изменения в организме.
Биологи обнаружили, что у Rana sylvatica перед впаданием в спячку в полтора раза увеличивается печень и более чем втрое возрастает уровень гликогена. Далее печень перерабатывает гликоген в глюкозу, которая не только обеспечивает клетки энергией, но и играет роль антифриза. По словам ученых, лягушки осенью превращаются в «ходячую печень».
Помимо высокой концентрации глюкозы в плазме крови ученые также обнаружили повышенное содержание мочевины, также обладающей криопротекторными свойствами. Анализы выявили и наличие еще какого-то вещества, идентифицировать которое не удалось и сейчас биохимики намерены выяснить, что же представляет собой третий компонент криопротекторной смеси. Ученые подчеркивают, что лягушки того же вида из умеренного пояса синтезируют глюкозу, мочевину и «вещество X» в намного меньших количествах, поэтому речь идет не об уникальной особенности вида в целом, а о приспособлении к суровым условиям зимы на уровне отдельной популяции.
Исследование биохимических особенностей, которые позволяют животным выдерживать практически полное замерзание, носит не только теоретический характер. Сохранение органов и тканей человека имеет важное значение для медицины и активно используется на практике.
Как можно использовать эту информацию для НИР школьников?
Опыты по криопротекторным свойствам растворов легко поставить в домашних условиях. Подобный эксперимент мы выполняли для демонстрации способности некоторых насекомых выживать в морозы. Мы приготовили смеси воды с глицерином с разным соотношением компонентов - от 1:1 до 1:100, поместили эти смеси в морозильную камеру. Температура была -14 градусов. Для сравнения в одной из емкостей была чистая вода.
Через 2 часа мы обнаружили, что смеси, в которых содержание глицерина было высоким, не замерзли.
Также они не замерзли через 6 и через 24 часа.
Это свойство смесей, содержащих глицерин, помогает некоторым насекомым переносить заморозки. Даже небольшое содержание глицерина в организме насекомого понижает температуру замерзания гемолимфы - жидкой среды в организме насекомого, подобной крови человека. Такие насекомые, например, бабочка секропия, могут выживать даже при минусовой температуре.
Глюкоза - вполне доступный для юных ученых реактив. Источник холода - тоже. Здесь описан полукачественный опыт, можно его выполнить в более научной манере: приготовить растворы с разной концентрацией какого-то вещества (глюкозы, соли, сахара, он же - сахароза, глицерина, спирта, уксуса и т.д.) или смесей веществ и установить, при каком содержании раствор замерзает при той или иной температуре, и какое это имеет значение в природе или нашем быту (антифризы, моющие и чистящие средства, и т.д.).