Jak to możliwe, że owady żyjące w Arktyce nie zamarzają?

Arktyczny klimat jest niezwykle surowy. Tamtejsze temperatury sprawiają, że wiele gatunków zwierząt ma trudności z przetrwaniem. Pomimo tego jest wiele owadów, nawet komarów, które radzą sobie w tych skrajnych warunkach całkiem dobrze. Właściwie dlaczego nie zamieniają się w bryłki lodu?

„Ależ one mogą zamarznąć!”, przekonuje Callaghan, specjalista z Uniwersytetu w Sheffield zajmujący się ekologią Arktyki. Chodzi o to, że owady te wykształciły wiele skutecznych i zróżnicowanych strategii przetrwania w niskich temperaturach. W zasadzie można je podzielić na dwie główne kategorie: „Albo unikają niskich temperatur, albo je tolerują”, wyjaśnia Callaghan.

Pierwsza grupa podczas miesięcy zimowych przechodzi w stan spoczynku – okres hibernacji i zahamowania rozwoju zwany diapauzą. Jest to zjawisko charakterystyczne dla początkowych faz rozwoju owadów – jaj i larw, które dzięki diapauzie są lepiej chronione przed zimnem.

Są też owady, które w odpowiedzi na niskie temperatury pozbywają się z organizmu wody, aż do utraty prawie całego jej zapasu. Zapobiega to tworzeniu się potencjalnych kryształków lodu w pobliżu ważnych organów – jest to strategia owadów tolerujących niskie temperatury, które w zasadzie zamarzają, ale bez szkody dla swojego organizmu. Kiedy zima się kończy i lód się topi, owady te ponownie „ożywają”.

Wiele owadów wytwarza też różne związki, takie jak glicerol, które działają jak środek przeciwzamrożeniowy. Te substancje chemiczne zapobiegają powstawaniu kryształków lodu i pozwalają zimnolubnym owadom na tak zwane przechłodzenie, czyli stan, w którym woda w ich ciele osiąga temperaturę dużo poniżej zera i nie zamarza.

Jeden z gatunków chrząszczy potrafi osiągnąć temperaturę przechłodzenia poniżej -50 °C. Lód powstały wewnątrz organizmu może na późniejszym etapie przejść w stan szklisty – bez powodującej uszkodzenia krystalizacji. Jest to proces nazywany witryfikacją (zeszkleniem).Callaghan jest twórcą i koordynatorem naukowym finansowanego przez UE projektu INTERACT, w ramach którego tysiąc naukowców otrzymało granty na badania prowadzone w Arktyce. Ta zakrojona na niespotykaną skalę współpraca pozwoliła na stworzenie sieci 89 stacji badawczych rozsianych po całej Arktyce, dzięki czemu naukowcy mogą wspólnie odkrywać nowe fakty na temat zmian środowiskowych i ekologicznych zachodzących na tym obszarze.

Jednym z takich ekscytujących arktycznych odkryć był nowy gatunek trzmiela, znaleziony przez zespół kierowany przez belgijskich uczonych, opisany po raz pierwszy w jednym z recenzowanych czasopism naukowych. Na cześć projektu INTERACT nowy gatunek nazwano Bombus interacti.

Ważnym aspektem tego projektu było wzajemne uczenie się, między innymi dzięki internetowemu forum, które umożliwiało naukowcom z całej sieci omawianie najróżniejszych spraw, od zasad BHP dotyczących pracy w terenie po minimalizowanie wpływu stacji badawczych na środowisko Arktyki. Zapewne nie zabrakło też wskazówek dotyczących tego, jak przetrwać mroźną arktyczną zimę…Niektóre zmiany środowiskowe, które obserwujemy na całym świecie, a na pewno w regionach podbiegunowych, są również widoczne w strategiach przyjmowanych przez zimujące owady.

Przykładowo jaja ćmy Epirrita autumnata zimą znajdują się w stanie diapauzy na gałęziach brzozy. Zwykle jaja te obumierają, gdy temperatura zimą spada poniżej -33 °C, co z kolei chroni brzozę przed inwazją gąsienic wiosną i latem.

Jednak z uwagi na wzrost zimowych temperatur więcej jaj tej ćmy jest w stanie przetrwać, co oznacza, że gąsienice są groźniejsze dla brzóz, powodując uszkodzenie lub obumarcie większej liczby drzew. W ten sposób napędzany jest cykl, w którym dzięki sprzyjającym warunkom ćmy z tego gatunku mogą się rozmnażać i rozprzestrzeniać. „Jak widać, przetrwanie zimy przez owady może być dobre dla nich, ale niekoniecznie dla innych składników ekosystemu”, podkreśla Callaghan.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o badaniach Terry’ego Callaghana:

Nowy gatunek trzmiela wśród licznych odkryć dokonanych dzięki portalowi badań arktycznych