Sono uscito per una corsa quando ho sentito questo suono intrigante, un coro di cinguettii acuti. Curioso di scoprire cosa stava facendo questo suono, mi sono allontanato dal sentiero e ho seguito i cinguettii attraverso un campo di canne. Ecco cosa ho visto (e sentito).
Hmmm… Non c’era molto che potessi vedere, anche se potevo sentire una tonnellata di attività.
Ho cercato di avvicinarmi di nascosto a una voce solitaria e stridente del coro. Molti tentativi falliti dopo, le mie gambe erano coperte di graffi per aver inciampato nel canneto, ma finalmente riuscii a intravedere la creatura che emetteva quel suono. Era una minuscola rana marrone, abbastanza piccola da sedersi sulla punta delle dita. Lo stagno si era trasformato in un coro di queste rane, che cercavano tutte di superarsi a vicenda nell’attirare le femmine.
Mi sono avvicinato abbastanza per registrare il suono che faceva uno di questi piccoli ragazzi, e ho chiesto a twitter di aiutarmi a identificare la rana. (Premi play per ascoltare la registrazione).
https://twitter.com/aatishb/status/454036024159928320
felice, Mi sono svegliata la mattina dopo con un tweet della mia amica, la scrittrice scientifica Sarah Keartes (twitter, sito web), che ha inoltrato la mia richiesta ai suoi colleghi appassionati di rane di EarthTouch. Sono stati in grado di identificare la rana come il Northern Spring Peeper, una rana il cui suono ricorrente segna l’inizio della primavera nel nord-est degli Stati Uniti.
https://twitter.com/EarthTouch/status/454196593395130368
Il nome latino del Picchiatore della primavera settentrionale è Pseudacris crucifer, che suona più come un cattivo dei fumetti o un rapper cazzuto che una piccola rana. Una rapida ricerca su youtube mi ha convinto che questo era davvero il nostro uomo. Ecco come appare il maschio quando emette questo suono.
Ed ecco uno sguardo più da vicino.
/ Flickr (used with permission)
Quell’enorme sacca che si vede è un sacco vocale, e si gonfia fino ad essere grande quasi quanto la rana. È questo risonatore acustico che permette a questa minuscola rana di emettere un cinguettio così forte e stridulo.
Tornato a casa sul mio computer, ho isolato un campione del cinguettio della rana dalla mia registrazione. Clicca qui sotto per ascoltare questo suono e vedere la forma del segnale audio. Essenzialmente, questo è un grafico di come gli altoparlanti devono muoversi per riprodurre il cinguettio della rana.
Il richiamo di questa rana era notevolmente coerente. Era quasi esattamente lo stesso tono ogni volta, e precisamente a intervalli regolari, circa 40-50 volte al minuto. Il cinguettio sembrava molto stridulo, ma ha dei sovratoni, come quando un cantante colpisce una nota? O è una nota pura, come quando si colpisce un diapason? Per scoprirlo, ho visto il grafico di cui sopra come un grafico di frequenza. (Matematicamente, questo è noto come prendere la trasformata di Fourier, e ne ho scritto di più qui).
Se non avete mai visto questi spettrogrammi, sono un po’ difficili da leggere. Sull’asse verticale ci sono le diverse frequenze (o altezze) del suono, e come prima, il tempo scorre da sinistra a destra. Pensate a questo grafico come a distillare il cinguettio della rana nelle sue note costitutive – note basse in basso, e note più alte in alto. I colori più caldi rappresentano un suono più forte, andando dai blu freddi ai rossi caldi fino al bianco ultra-caldo.
Vedi come c’è una netta barra bianca che taglia il cinguettio? Questo ci dice che il cinguettio della rana è composto principalmente da una nota molto forte con un’altezza di circa 3000 cicli/secondo, o G7. E ci sono anche degli overtones più morbidi – quelle barre parallele rosse e rosa.
Per confermare questo, facciamo un grafico di tutte le diverse frequenze che si sommano per fare questo suono. Questo grafico è come una ricetta per il suono, che ci dice quali note ingrediente lo compongono (sull’asse orizzontale), e a quale volume (sull’asse verticale).
La frequenza di picco dal grafico sopra è 3144 cicli/secondo (o G7), che concorda con quello che abbiamo visto prima. Come si confronta questo con i dati scientifici su questa rana?
Un classico documento del 1985, Sexual Selection in the Spring Peeper, ha misurato il tono del richiamo di 72 Northern Spring Peepers in un laboratorio, e ha trovato che la frequenza media di picco era 3061 cicli/secondo. Questo è abbastanza vicino ai miei risultati sul campo. Grande! La scienza funziona come dovrebbe.
Lo stesso documento continua a dimostrare che le femmine di Northern Spring Peepers preferivano i maschi con i richiami più forti, e preferivano anche i maschi che ripetevano i loro richiami più velocemente. Così, per esempio, se ci fossero due maschi, uno che cinguetta ogni 1,2 secondi e l’altro ogni 0,9 secondi, nove volte su dieci, le femmine sceglierebbero il cinguettatore più veloce. Per le rane maschio, cinguettare forte e veloce è una strategia vincente.
I vantaggi di essere forte sono evidenti. Se sei una rana e puoi chiamare più forte dei tuoi simili, è più probabile che tu ottenga l’attenzione della femmina. Ma perché le rane femmine preferiscono i cinguettii più veloci?
È perché il cinguettio pubblicizza la forma fisica della rana maschio. Le rane che cinguettano più velocemente tendono ad essere più pesanti e in migliori condizioni fisiche. Questo perché ci vuole energia per cinguettare. Per cinguettare più velocemente, una rana deve prendere più ossigeno e consumare più energia. Le rane che cinguettano più velocemente sono quelle con la maggiore resistenza. Come i corridori di lunga distanza più veloci, sono in grado di sostenere un elevato consumo di energia per una lunga durata.
Ci porta a un altro enigma. La stessa cosa che rende i maschi di Spring Peepers attraenti per le femmine – le loro chiamate forti e ripetitive – li renderebbe anche molto più vistosi per eventuali predatori. Quindi come fanno a non essere mangiati?
/ Flickr (used with permission)
Un modo per evitare i predatori è quello di uscire dal letargo molto presto in primavera. Ma c’è un problema con questa strategia. L’inizio della primavera arriva con periodi di temperature fredde, che spesso scendono al di sotto dello zero (attualmente è il caso mentre scrivo queste parole). Quindi la domanda si riduce a questo. Come fa la rana a non congelarsi? La risposta a questa domanda mi sconvolge completamente e completamente: la rana non impedisce a se stessa di congelare. Al contrario, l’evoluzione ha escogitato un modo per questa rana di rimanere congelata viva.
Vedete, quando la rana emerge dal suo letargo all’inizio della primavera, la temperatura può spesso scendere sotto lo zero. Se la temperatura è di -2 o -3 C (27 F), la rana può sopravvivere perché l’acqua al suo interno rimane in uno stato supercooled – sotto il suo punto di congelamento, ma non ancora congelato. Ma una volta che la temperatura scende ulteriormente, l’acqua all’interno della rana non può rimanere super-raffreddata, e quindi inizia a congelare.
Per la maggior parte degli animali, questo significherebbe una morte rapida. Ma non per il “Northern Spring Peeper”. Gli studi hanno dimostrato che questa rana può sopravvivere congelata fino a una settimana. La rana entra in uno stato di animazione sospesa. La sua respirazione, il flusso sanguigno e il battito cardiaco si spengono, e le sue membra diventano rigide. L’acqua sotto la sua pelle si congela e il contenuto del suo stomaco diventa una solida palla di ghiaccio. Più della metà dell’acqua del suo corpo si trasforma in ghiaccio. Eppure può sopravvivere in questo stato di congelamento per giorni, e quando la temperatura risale, la rana si scongela e alla fine torna a saltellare in giro.
Come fa a realizzare questo incredibile trucco?
Ecco una clip di David Attenborough che spiega questo trucco in un’altra specie di rana resistente al congelamento, la rana dei boschi, che usa una strategia simile.
Di solito quando le cellule si congelano, il ghiaccio si espande e causa la rottura delle cellule, uccidendo l’organismo. Ma questa rana, insieme a una manciata di altre rane nordamericane, ha evoluto un’incredibile strategia per proteggersi dai danni del gelo. Entro 5 minuti dal momento in cui i cristalli di ghiaccio iniziano a formarsi all’interno della rana, il fegato della rana entra in modalità di soccorso di emergenza e inizia a scaricare il glucosio nel sangue, che poi si diffonde in tutto il corpo della rana. Questo zucchero serve come “crioprotettore” – un antigelo biologico che impedisce la formazione di cristalli di ghiaccio all’interno delle cellule della rana.
Nel momento in cui i cristalli di ghiaccio si formano all’interno della rana, il tempo scorre. È una corsa tra il fronte di congelamento che si muove dalle parti esterne della rana e il glucosio che viene pompato in soccorso dall’interno. I livelli di zucchero sono quindi più alti negli organi centrali della rana come il fegato, il cuore, i reni e il cervello, dove i livelli di glucosio salgono fino a 50 volte. Nel frattempo, i tessuti esterni come la pelle e il muscolo scheletrico ricevono meno glucosio perché hanno già iniziato a congelare. Il fatto davvero sorprendente qui è che lo zucchero non era nel flusso sanguigno della rana prima che il congelamento iniziasse. È stato pompato fuori dal fegato immediatamente dopo che la rana ha iniziato a congelare. Una volta che la rana si scongela, il glucosio viene immagazzinato di nuovo nel fegato, pronto per essere riutilizzato.
E questo incredibile adattamento aiuta a mantenere queste rane al sicuro. Questi Nothern Spring Peepers, resistenti al gelo, possono emergere in primavera prima di quanto possano fare i loro predatori, assicurandosi molti giorni di canto e riproduzione a loro piacimento.
Grazie a Dave Huth per aver condiviso le sue eccellenti immagini sotto licenza Creative Commons. Date un’occhiata al suo sito web e al suo flickr stream, entrambe ottime risorse per la comunicazione scientifica e la biologia.
Storey, Kenneth B., e Janet M. Storey. “Persistenza della tolleranza al congelamento nelle rane ibernate terrestri dopo l’emergenza primaverile”. Copeia (1987): 720-726.
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Layne Jr, Jack R., and Joseph Kefauver. “Tolleranza al congelamento e recupero post congelamento nella rana Pseudacris crucifer”. Copeia (1997): 260-264.
Churchill, Thomas A., e Kenneth B. Storey. “Metabolismo degli organi e sintesi dei crioprotettori durante il congelamento nei peepers primaverili Pseudacris crucifer. “Copeia (1996): 517-525.
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Zimmitti, Salvatore J. “Variazione individuale nelle caratteristiche morfologiche, fisiologiche e biochimiche associate alla chiamata nei cercatori di primavera (Pseudacris crucifer). Zoologia fisiologica e biochimica 72.6 (1999): 666-676.
Wells, Kentwood D., Theodore L. Taigen, e Jennifer A. O’Brien. “The effect of temperature on calling energetics of the spring peeper (Pseudacris crucifer). “Amphibia-Reptilia 17.2 (1996): 149-158.
Qui c’è un incredibile video di Robert Krulwich su un “miracolo della rana di primavera” – la resurrezione della rana di legno tollerante al gelo.
Vuoi saperne di più su cose supercooling, dai cavalli all’universo? Guarda questo podcast di Radiolab.
E qui c’è una bella spiegazione di Malcolm Campbell, che spiega come le rane del bosco e gli alberi di betulla abbiano sviluppato strategie simili per sopravvivere al congelamento. Roba da far girare la testa!