Bagaimanakah Katak Kayu Bertahan Apabila Tubuhnya Membeku?

Apabila suhu turun di bawah takat beku, kebanyakan haiwan perlu mencari perlindungan atau mengelakkan tubuhnya daripada membeku, kerana hablur ais boleh merosakkan membran sel dan mengganggu fungsi organ. Namun katak kayu yang hidup di Amerika Utara mempunyai keupayaan luar biasa. Pada musim sejuk, sebahagian air tubuhnya boleh menjadi ais, dan pernafasan serta degupan jantungnya boleh terhenti sementara. Apabila ais mencair, katak itu boleh pulih. Keupayaan ini dipanggil toleransi pembekuan.

Mengapakah pembekuan boleh membahayakan sel?

Sebahagian besar tubuh haiwan ialah air, di dalam sel, di antara sel dan dalam cecair tubuh. Apabila air membeku, molekulnya tersusun menjadi hablur ais. Ais di dalam sel amat berbahaya kerana hablur boleh merosakkan membran dan organel. Ais di luar sel pula mengubah kepekatan bahan terlarut dalam cecair yang belum membeku, lalu air boleh bergerak keluar daripada sel dan menyebabkan sel kehilangan air yang berlebihan. Kedua-dua keadaan boleh mengganggu protein, membran dan metabolisme, jadi haiwan yang bertoleransi pembekuan perlu mengurangkan kerosakan akibat pembentukan ais.

Di manakah ais terbentuk dalam tubuh katak kayu?

Katak kayu membenarkan ais terbentuk terutamanya di luar sel, dalam ruang antara sel dan sebahagian cecair tubuh. Ini mengurangkan risiko hablur ais di dalam sel. Namun ais di luar sel masih boleh menarik air keluar daripada sel, jadi katak memerlukan mekanisme tambahan untuk melindungi membran dan struktur dalaman. Kajian fisiologi melaporkan bahawa sehingga sekitar 70 peratus jumlah air tubuh boleh menjadi ais ekstrasel dalam keadaan tertentu. Angka ini tidak bermaksud 70 peratus setiap sel bertukar menjadi ais, dan air di dalam sel tidak semuanya membeku.

Bagaimanakah glukosa membantu melindungi sel?

Glukosa biasanya dikenali sebagai gula yang digunakan sel untuk tenaga. Dalam katak kayu, ia turut berfungsi sebagai kriopelindung. Sebelum musim sejuk, katak menyimpan glikogen, terutamanya dalam hati. Pembentukan ais mencetuskan penguraian glikogen hati menjadi glukosa, dan glukosa diedarkan melalui darah ke pelbagai tisu sebelum peredaran terhenti akibat pembekuan. Kepekatan glukosa yang tinggi membantu mengurangkan pembentukan ais dan kehilangan air berlebihan daripada sel, serta melindungi membran dan komponen sel tertentu.

Namun glukosa bukan bahan ajaib yang menghalang semua air membeku. Katak masih mengalami pembentukan ais yang banyak, dan peranan glukosa ialah membantu sel bertahan dalam keadaan itu.

Apakah peranan urea?

Selain glukosa, katak kayu menggunakan urea. Urea biasanya hasil metabolisme nitrogen yang disingkirkan oleh banyak haiwan, tetapi katak kayu boleh mengumpulkannya pada kepekatan lebih tinggi ketika bersedia untuk musim sejuk. Eksperimen pada sel darah merah dan tisu menunjukkan urea pada kepekatan fisiologi tertentu boleh mengurangkan kerosakan selepas pembekuan dan pencairan. Glukosa dan urea saling melengkapi, tetapi bukan satu-satunya faktor yang menentukan keupayaan bertahan.

Bagaimanakah katak boleh hidup tanpa degupan jantung ketika membeku?

Apabila pembekuan berkembang, peredaran darah dan pernafasan boleh terhenti sementara. Dalam keadaan biasa, gangguan oksigen yang berpanjangan merosakkan tisu. Namun katak kayu mengalami penurunan metabolisme yang sangat besar, dan keperluan tenaga serta aktiviti banyak proses sel dikurangkan. Ini tidak bermaksud semua aktiviti biokimia terhenti, kerana sesetengah proses perlindungan dan pengawalan sel masih diperlukan. Apabila ais mencair, fungsi fisiologi pulih secara berperingkat, dan peredaran, pernafasan serta pergerakan tidak semestinya pulih serentak.

Adakah katak kayu boleh bertahan pada sebarang suhu beku?

Tidak. Toleransi pembekuan mempunyai had yang berbeza mengikut populasi, musim dan keadaan fisiologi. Katak kayu dari pedalaman Alaska mampu menghadapi pembekuan yang lebih ekstrem berbanding populasi dari kawasan lebih panas. Satu kajian makmal melaporkan katak Alaska boleh bertahan selepas dibekukan sehingga sekitar −16 °C. Dalam kajian lapangan lain, suhu minimum tempat perlindungan musim sejuk sekitar −18 °C direkodkan, dengan purata suhu minimum sekitar −14.6 °C, dan kesemua 18 katak yang dipantau bertahan sepanjang musim kajian. Namun suhu tempat perlindungan tidak semestinya sama dengan suhu setiap tisu katak pada setiap masa.

Keupayaan ini juga berubah mengikut musim. Katak yang baru keluar daripada musim sejuk mempunyai toleransi pembekuan lebih rendah berbanding ketika bersedia untuk musim sejuk. Maka toleransi pembekuan ialah keadaan fisiologi yang dikawal dan berubah, bukan kebolehan kekal tanpa batas.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?