Jak souvisí množství ledu a skelný přechod s přežíváním zmrznutí u hmyzu?
Článek publikovaný v časopise Journal of Experimental Biology se zaměřuje na vliv množství ledu, jež se vytvoří v těle za dané teploty, a skelného přechodu na přežití hmyzu za extrémně nízkých teplot ve zmrzlém stavu.
Obrázek vlevo ukazuje larvu C. costata zmrzlou v kapalném dusíku. Obrázek vpravo zobrazuje množství ledu, které se vytvoří při dané teplotě u larev C. costata, a také jak souvisí přežití v kapalném dusíku s přechodem do skelné fáze.
Mnoho temperátních a polárních druhů hmyzu má neobyčejnou schopnost přežít za nízkých tělních teplot. Zatímco většina využívá tzv. strategie podchlazení, kdy se snaží zabránit tvorbě ledu uvnitř těla i za velmi nízkých teplot, menší část je schopna přežít zmrznutí. V naší studii nás zajímalo, jak souvisí množství ledu, které se vytvoří při různých teplotách, a přechod do skelné fáze (vitrifikace), známý u některých druhů hmyzu, se schopností přežít ve zmrzlém stavu. Zaměřili jsme se na larvy dvou druhů octomilek, „severské“ Chymomyza costata a „běžné“, původem tropické octomilky, Drosophila melanogaster. Zatímco D. melanogaster vykazuje jen velmi omezenou schopnost přežít zmrznutí, C. costata přežívá i za extrémně nízkých teplot a je jedním z nejsložitějších známých organismů schopných přežít za teplot kapalného dusíku (-196°C) v plně hydratovaném stavu. Různě aklimované larvy obou mušek nám poskytly jedinečnou příležitost porovnat celé spektrum přežití, od 0 do 100 %. Za využití diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) jsme zjistili, že množství ledu se mezi různě aklimovanými larvami obou druhů nijak výrazně neliší a tudíž nestačí k vysvětlení pozorovaných rozdílů v přežití. Proto jsme se, opět za využití DSC, zaměřili na přechod do skelného stavu, známý u larev C. costata. Zjistili jsme, že přechod do skelného stavu velmi dobře koreluje se schopností přežít za teplot kapalného dusíku. Larvy C. costata během chladové aklimace syntetizují poměrně velké množství aminokyseliny prolinu. Po zmrznutí většiny tělní vody dochází k zakoncentrování zbylého roztoku, který potom obsahuje relativně více prolinu. Takto koncentrovaný roztok už dále nemrzne, ale místo toho přechází do skelného stavu, který je pro zachování různých buněčných a molekulárních struktur přívětivější než led, a to larvám zřejmě umožňuje přežít i za extrémně nízkých teplot.
Rozsypal J., Moos M., Šimek P., Košťál V. (2018) Thermal analysis of ice and glass transitions in insects that do and do not survive freezing. Journal of Experimental Biology 221: 1-11.
DOI: 10.1242/jeb.170464
