Byłem na biegu, kiedy usłyszałem ten intrygujący dźwięk, chór wysokich dźwięków ćwierkania. Zaciekawiony, aby dowiedzieć się, co wydaje ten dźwięk, zboczyłem z trasy i podążyłem za świergotem przez pole trzcin. Oto co zobaczyłem (i usłyszałem).
Hmmm…. Niewiele mogłem dostrzec, choć słyszałem mnóstwo aktywności.
Próbowałem podkraść się do samotnego, stanowczego głosu z chóru. Po wielu nieudanych próbach moje nogi pokryły się zadrapaniami od szamotania się w trzcinach, ale w końcu udało mi się przyjrzeć stworzeniu wydającemu ten dźwięk. Była to malutka brązowa żabka, na tyle mała, że mogła usiąść na palcu. Staw został przekształcony w chór tych żab, wszystkie starają się prześcignąć siebie w przyciąganiu samic.
Dostałem się wystarczająco blisko, aby nagrać dźwięk, że wykonane przez jednego z tych małych facetów, i poprosił Twittera, aby pomóc mi zidentyfikować żabę. (Naciśnij play, aby usłyszeć nagranie).
https://twitter.com/aatishb/status/454036024159928320
Szczęśliwie, Obudziłem się następnego ranka do tweeta od mojej przyjaciółki, pisarki naukowej Sarah Keartes (twitter, strona internetowa), która przekazała moją prośbę do swoich kolegów entuzjastów żab w EarthTouch. Byli w stanie zidentyfikować żabę jako Northern Spring Peeper, żaba, której powtarzający się dźwięk cheeping zaznaczyć początek wiosny w północno-wschodniej części USA.
https://twitter.com/EarthTouch/status/454196593395130368
Łacińska nazwa północnego podglądacza wiosny to Pseudacris crucifer, co brzmi bardziej jak złoczyńca z komiksu lub zły raper niż malutka żabka. Szybkie wyszukiwanie na youtube przekonało mnie, że to rzeczywiście nasz facet. Oto jak wygląda samiec, gdy wydaje ten dźwięk.
A oto bliższe spojrzenie.
/ Flickr (użyto za zgodą)
Ta ogromna sakiewka, którą widzicie, to worek głosowy, który nadyma się do rozmiarów prawie tak dużych jak u żaby. To ten akustyczny rezonator, który pozwala tej maleńkiej żabie emitować tak głośne i wrzaskliwe ćwierkanie.
Powróciwszy do domu na moim komputerze, wyizolowałem próbkę żabiego skrzeczenia z mojego nagrania. Kliknij poniżej, aby posłuchać tego dźwięku i zobaczyć kształt sygnału audio. Zasadniczo, jest to wykres tego, jak twoje głośniki muszą się poruszać, aby odtworzyć ćwierkanie żaby.
Ta rozmowa żaby była nadzwyczaj spójna. Za każdym razem miało prawie dokładnie taką samą wysokość i było precyzyjnie odmierzane w równych odstępach czasu, około 40 do 50 razy na minutę. Neat.
The chirp brzmiało bardzo shrill, ale czy to ma jakieś podteksty, jak kiedy piosenkarz uderza notatkę? Lub jest to czysta nuta, jak wtedy, gdy uderzasz w widelec stroikowy? Aby się tego dowiedzieć, obejrzałem powyższy wykres jako wykres częstotliwości. (Matematycznie, jest to znane jako przekształcenie Fouriera, i napisałem więcej na ten temat tutaj).
Jeśli nie widziałeś wcześniej tych spektrogramów, są one trochę trudne do odczytania. Na osi pionowej znajdują się różne częstotliwości (lub tony) w dźwięku, i tak jak poprzednio, czas jest zaznaczony od lewej do prawej. Pomyśl o tej działce jako o destylacji ćwierkania żaby na jej nuty składowe – niskie nuty na dole, a wyższe nuty na górze. Cieplejsze kolory reprezentują głośniejszy dźwięk, przechodząc od chłodnych błękitów do ciepłych czerwieni i ultra gorącej bieli.
Widzisz, jak ostry biały pasek przecina ćwierkanie? To mówi nam, że ćwierkanie żaby składa się głównie z bardzo głośnej nuty o wysokości około 3000 cykli/sekundę, czyli G7. Istnieją też łagodniejsze podteksty – te równoległe czerwone i różowe paski.
Aby to potwierdzić, zróbmy wykres wszystkich różnych częstotliwości, które składają się na ten dźwięk. Ten wykres jest jak przepis na dźwięk, który mówi nam, które nuty składowe go tworzą (na osi poziomej), i przy jakiej głośności (na osi pionowej).
Częstotliwość szczytowa z powyższego wykresu wynosi 3144 cykli/sekundę (lub G7), co zgadza się z tym, co widzieliśmy wcześniej. Jak to się ma do danych naukowych na temat tej żaby?
Klasyczna praca z 1985 roku, Sexual Selection in the Spring Peeper, mierzyła wysokość dźwięku 72 Northern Spring Peepers w laboratorium i odkryła, że średnia częstotliwość szczytowa wynosiła 3061 cykli/sekundę. To jest całkiem blisko do moich wyników terenowych. Słodko! Nauka działa tak, jak powinna.
Ten sam papier pokazuje, że samice Northern Spring Peepers wolały samców z najgłośniejszymi połączeniami, a także wolały samców, którzy powtarzali swoje połączenia najszybciej. Tak więc na przykład, jeśli były dwa samce, jeden, który ćwierka co 1,2 sekundy, a drugi co 0,9 sekundy, a następnie dziewięć na dziesięć razy, kobiety będą wybierać szybciej ćwierkać. Dla samców żab, ćwierkanie głośno i szybko jest zwycięską strategią.
Korzyści z bycia głośnym są oczywiste. Jeśli jesteś żabą i możesz zawołać głośniej niż twoi koledzy, jesteś bardziej prawdopodobne, aby uzyskać uwagę samicy. Ale dlaczego samice żab wolą najszybszych ćwierkaczy?
To dlatego, że ćwierkanie reklamuje męską sprawność żaby. Żaby, które ćwierkają najszybciej mają tendencję do być cięższe i w lepszej kondycji fizycznej. To dlatego, że to wymaga energii, aby ćwierkać. Aby ćwierkać szybciej, żaba musi pobierać więcej tlenu i zużywać więcej energii. Żaby, które ćwierkają najszybciej, to te o największej wytrzymałości. Podobnie jak najszybsi biegacze długodystansowi, są one w stanie utrzymać wysokie zużycie energii przez długi czas.
Co prowadzi nas do kolejnej zagadki. To, co sprawia, że samce Spring Peepers są atrakcyjne dla samic – ich głośne, powtarzające się nawoływania – sprawiłoby również, że stałyby się bardziej widoczne dla drapieżników. Jak więc udaje im się nie zostać zjedzonym?
/ Flickr (użyto za pozwoleniem)
Jednym ze sposobów, w jaki te wiosenne podglądacze unikają drapieżników, jest bardzo wczesne wychodzenie z hibernacji na wiosnę. Ale jest pewien problem z tą strategią. Wczesna wiosna wiąże się z okresami niskich temperatur, często spadających poniżej zera (tak jest obecnie, gdy piszę te słowa). Więc pytanie tak naprawdę sprowadza się do tego. W jaki sposób żaba zapobiega zamarzaniu? Odpowiedź na to pytanie całkowicie i totalnie zawróciła mi w głowie – żaba nie zapobiega zamarzaniu. Zamiast tego ewolucja wymyśliła sposób, w jaki ta żaba może pozostać zamrożona przy życiu.
Widzicie, kiedy żaba wychodzi z hibernacji wczesną wiosną, temperatura często spada poniżej zera. Jeśli temperatura wynosi -2 lub -3 C (27 F), żaba może przetrwać, ponieważ woda w jej wnętrzu pozostaje w stanie superchłodzenia – poniżej punktu zamarzania, ale jeszcze nie zamarznięta. Ale gdy temperatura spadnie jeszcze niżej, woda wewnątrz żaby nie może pozostać w stanie superchłodzenia, więc zaczyna zamarzać.
Dla większości zwierząt oznaczałoby to szybką śmierć. Ale nie dla północnego podglądacza wiosny. Badania wykazały, że żaba ta może przetrwać zamrożona do tygodnia . Żaba wchodzi w stan zawieszonej animacji. Jej oddychanie, przepływ krwi i bicie serca wyłączają się, a kończyny stają się sztywne jak mróz. Woda pod skórą zamarza, a zawartość żołądka zamienia się w bryłę lodu. Ponad połowa wody w jego ciele zamienia się w lód. Mimo to może przetrwać w tym zamrożonym stanie przez wiele dni, a kiedy temperatura wzrasta, żaba rozmraża się i w końcu wraca do skakania.
Jak więc udaje się jej przeżyć tę niesamowitą sztuczkę?
Tutaj jest klip Davida Attenborough, który wyjaśnia tę sztuczkę u innego gatunku żaby odpornej na zamarzanie, żaby drzewnej, która używa podobnej strategii.
Zwykle, gdy komórki zamarzają, lód rozszerza się i powoduje pęknięcie komórek, zabijając organizm. Ale ta żaba, wraz z garstką innych północnoamerykańskich żab, wyewoluowała niesamowitą strategię, która chroni ją przed szkodami wyrządzonymi przez mróz. W ciągu 5 minut od momentu, gdy kryształy lodu zaczynają się tworzyć wewnątrz żaby, jej wątroba przechodzi w tryb ratunkowy i zaczyna wyrzucać glukozę do krwi, która następnie rozprzestrzenia się po całym ciele żaby. Ten cukier służy jako „krioprotektant” – biologiczny środek przeciw zamarzaniu, który zapobiega tworzeniu się kryształków lodu wewnątrz komórek żaby.
W momencie, gdy wewnątrz żaby tworzą się kryształki lodu, zegar tyka. Jest to wyścig pomiędzy zamarzającym frontem, który przesuwa się od zewnętrznych części żaby, a glukozą pompowaną na ratunek od wewnątrz. Poziomy cukru są więc najwyższe w podstawowych organach żaby, takich jak wątroba, serce, nerki i mózg, gdzie poziom glukozy wzrasta nawet 50-krotnie. Tymczasem tkanki zewnętrzne, takie jak skóra i mięśnie szkieletowe otrzymują mniej glukozy, ponieważ już zaczęły zamarzać. Naprawdę zaskakującym faktem jest to, że cukier nie znajdował się w krwiobiegu żaby przed rozpoczęciem zamrażania. Został on wypompowany przez wątrobę natychmiast po tym, jak żaba zaczęła zamarzać. Kiedy żaba się rozmraża, glukoza jest przechowywana z powrotem w wątrobie, gotowa do ponownego użycia.
I ta niesamowita adaptacja pomaga zachować bezpieczeństwo tych żab. Te odporne na mróz Nothern Spring Peepers mogą pojawić się wcześniej na wiosnę niż ich drapieżniki, zapewniając wiele dni śpiewu i rozmnażania do woli.
Wielkie podziękowania dla Dave’a Hutha za udostępnienie swoich wspaniałych zdjęć na licencji Creative Commons. Sprawdź jego stronę internetową i serwis Flickr, oba to świetne źródła informacji o nauce i biologii.
Storey, Kenneth B., and Janet M. Storey. „Persistence of freeze tolerance in terrestrially hibernating frogs after spring emergence.” Copeia (1987): 720-726.
Storey, Kenneth B., and Janet M. Storey. „Natural freeze tolerance in ectothermic vertebrates.” Annual Review of Physiology 54.1 (1992): 619-637.
Layne Jr, Jack R., and Joseph Kefauver. „Freeze tolerance and postfreeze recovery in the frog Pseudacris crucifer.” Copeia (1997): 260-264.
Churchill, Thomas A., and Kenneth B. Storey. „Organ metabolism and cryoprotectant synthesis during freezing in spring peepers Pseudacris crucifer. „Copeia (1996): 517-525.
Forester, Don C., and Richard Czarnowsky. „Sexual selection in the spring peeper, Hyla crucifer (Amphibia, Anura): role of the advertisement call. „Behaviour (1985): 112-128.
Zimmitti, Salvatore J. „Individual variation in morphological, physiological, and biochemical features associated with calling in spring peepers (Pseudacris crucifer).” Physiological and Biochemical Zoology 72.6 (1999): 666-676.
Wells, Kentwood D., Theodore L. Taigen, and Jennifer A. O’Brien. „The effect of temperature on calling energetics of the spring peeper (Pseudacris crucifer). „Amphibia-Reptilia 17.2 (1996): 149-158.
Tutaj niesamowite wideo Roberta Krulwicha o „wiosennym żabim cudzie” – zmartwychwstaniu odpornej na mróz Wood Frog.
Chcesz dowiedzieć się więcej o superchłodzeniu, od koni po wszechświat? Sprawdź ten podcast Radiolab.
A oto ładne wyjaśnienie autorstwa Malcolma Campbella, które pokazuje, jak żaby drzewne i brzozy rozwinęły podobne strategie, aby przetrwać zamrożenie żywcem. Niesamowite rzeczy!