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耐寒明星——北美树蛙(Rana Slvatica)
发布时间:2017-01-15 14:54:22 作者:

  北美树蛙(Rana Slvatica),也称美国树蛙,广泛分布在北美地区,从南部的阿巴拉契亚延伸至北部的寒带森林,也包括东部北卡罗莱纳州的几个显著的人口断带。其连续分布范围是从乔治亚州北部和加拿大东北部,东到阿拉斯加,西到不列颠哥伦比亚西部南部。分布最多是在阿拉斯加,还有医学弓国家森林公园。它们甚至出现在北极圈,没有其他的蛙类能在如此遥远的高纬度区域生存。

树蛙为两栖类无尾目动物,体长 50 到 70 毫米 (2.0 到 2.8 英寸)。雌性较雄性大。成年树蛙通常呈棕色、 棕褐色,或锈色,腹部是白色的,略带黄色或绿色,皮肤光滑,通常具有黑色的眼膜。树蛙能够改变他们身体的表面颜色。

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  科南特 (Conant ,1958 年) 描绘了一个树蛙在不同的时间随着灯光变暗其身体表面颜色也变暗的情景。


  树蛙是杂食性的,以捕食小昆虫和其他无脊椎动物为主,也吃植物碎屑和藻类,还攻击和捕食两栖类动物,包括树蛙卵和幼体。主要在短暂的淡水湿地进行繁殖。成年树蛙在潮湿的林地、森林沼泽、山涧或沼泽度过夏季的几个月,在秋天,他们离开夏季栖息地和迁移到邻近的高地越冬。一些可能仍然潮湿地区越冬。越冬场所往往是在土壤中树叶凋零物, 有机上层。树蛙大多白天活动,除了在发情和交配期晚上很少出没。他们是随着冰雪融化春天到来的最早活动和繁殖的两栖动物。

  树蛙由于其抗冻能力,较高程度的陆地适应性、有趣的栖息地(沼泽、 水池、 高地) 和相对较远距离的迁移等在上个世纪就引起了生物学家的注意。树蛙的生态和保护近年来备受研究瞩目,这是因为它们需要在短暂的湿地 (也称为"春季池")进行繁衍,而它们本身的存活比他们物种的繁衍更为危急。树蛙的生存状态已得到了纽约官方两栖动物管理部门的高度重视。

  和其他北方的蛙类类似,北美树蛙选择在地表的土壤和 /或落叶中冬眠,树蛙可以忍受它们的血液和其他组织被冻结。长久以来,它们用这种令人惊恐的方式来适应当地严酷的气候。树蛙也被称为动物界当中的“僵尸”,因为它们具有从死亡边缘复活过来的能力。

  俄亥俄州迈阿密大学的低温生物生态生理学实验室(Laboratory for Ecophysiological Cryobiology)的研究人员通过测试发现,在森林的地洞中,树蛙能够在被几乎冻成固体的情况下(身体内超过70%的水分被冻成了冰)保存4个星期,然后复活过来。这些树蛙的恢复机能是这样的:它们会将身体内的水分转移到一些不会被冰冻冻伤的部位,同时,它们体内的血液中也会自然生成一种“血液防冻剂”以抵御身体被冻坏。

  科学家发现其抗冻机制是由北美树蛙的体内结冰所启动,随着温度的不断降低,它们第一次接触到冰的时候,就会触发它们体内对冰的生物反应:首先就是北美树蛙身体组织内尿素不断积累,逐渐排除体内各脏器的水分,肺等内脏就会变的越来越脱水,那些水分逐渐集聚在表皮的下面,并开始结冰。因为水结冰时会放出熔化热,树蛙腹部温度略微上升,心跳也逐渐减弱。与此同时,在它结冰的最后几个小时里树蛙体内的葡萄糖浓度会迅速上升。研究发现率先结冰处往往是末稍组织,当树蛙遭冷冻至-3℃,引发血液结冰时,它的肝脏会把储存的肝糖元迅速分解为葡萄糖,然后利用血液把葡萄糖迅速送到身体各器官,而且各器官分配到的葡萄糖浓度有很大的差异,由高到低依次是肝、心、脑、肾、肺、皮肤,最低的是肌肉,好像依各器官重要性不同而分配不同的浓度。若让树蛙体温回到3℃,血液又把葡萄糖送回肝脏,以肝糖元的形式储存起来,以备下次酷寒时使用。肝糖元是动物性淀粉,是一种聚合物,一个肝糖分子分解后可产生数千数万个葡萄糖分子,这种以葡萄糖当主要抗冻剂降低凝固点的方法真是太有效率了。

  尿素和葡萄糖作为冷冻保护剂限制了冰晶的形成数量,并减少细胞的渗透收缩。如果全身的水结冰不超过65%,树蛙就可以经受冬天的多次冷冻/解冻过程而不被冻死。北美树蛙相对于不耐冷的其他蛙类的不同还在于其肌浆网内质网钙泵( Ca2 +-ATP 酶 1)存在由 7 个氨基酸组成的ATP结合位点,它能够允许这种泵在较低温度下保持其功能。

  寒冷的天气可能持续几天,也可能是几个月。事实上,是整个冬季。科学家们认为,在解冻的过程中,树蛙的心脏又开始重新跳动,并且会在一天内恢复其他的运动能力。我们不知道树蛙能活多久,可能有几年吧,但是目前没有证据表明经过冷冻能够影响到树蛙的寿命。