Ik was aan het hardlopen toen ik een intrigerend geluid hoorde, een refrein van hoge tsjilpende geluiden. Nieuwsgierig naar wat dit geluid maakte, week ik van het pad af en volgde het getjilp door een veld met riet. Dit is wat ik zag (en hoorde).
Hmmm… Ik kon niet veel zien, maar ik hoorde wel een hoop activiteit.
Ik probeerde stiekem naar een eenzame, felle stem uit het koor te gaan. Na vele mislukte pogingen zaten mijn benen onder de schrammen van het stuntelen in het riet, maar uiteindelijk lukte het me om een glimp op te vangen van het wezen dat dit geluid maakte. Het was een kleine bruine kikker, klein genoeg om op je vingertop te zitten. De vijver was veranderd in een koor van deze kikkers, allemaal proberend elkaar te overtreffen in het aantrekken van vrouwtjes.
Ik kwam dichtbij genoeg om het geluid op te nemen dat door een van deze kleine jongens werd gemaakt, en vroeg twitter om me te helpen de kikker te identificeren. (Klik op play om de opname te horen).
https://twitter.com/aatishb/status/454036024159928320
Gelukkig, werd ik de volgende ochtend wakker met een tweet van mijn vriendin, wetenschapsschrijfster Sarah Keartes (twitter, website), die mijn verzoek doorstuurde naar haar kikkerenthousiaste collega’s bij EarthTouch. Zij waren in staat om de kikker te identificeren als de Northern Spring Peeper, een kikker waarvan het terugkerende krijsende geluid het begin van de lente markeert in het noordoosten van de VS.
https://twitter.com/EarthTouch/status/454196593395130368
De latijnse naam van de noordelijke voorjaarspieper is Pseudacris crucifer, wat meer klinkt als een schurk uit een stripboek of een rapper dan als een klein kikkertje. Een snelle zoektocht op youtube overtuigde me dat dit inderdaad onze man was. Hier zie je hoe het mannetje eruitziet als hij dit geluid voortbrengt.
En hier zie je hem van dichterbij.
/ Flickr (gebruikt met toestemming)
Die enorme buidel die je ziet is een stembuidel, en hij blaast zich op tot hij bijna net zo groot is als de kikker. Het is deze akoestische resonator die deze kleine kikker in staat stelt zo’n luid en schril getjilp uit te zenden.
Terug thuis op mijn computer heb ik een voorbeeld van het kikkergejil uit mijn opname geïsoleerd. Klik hieronder om dit geluid te beluisteren en de vorm van het audiosignaal te zien. In wezen is dit een plot van hoe je luidsprekers moeten wiebelen om het getjilp van de kikker af te spelen.
De roep van deze kikker was opmerkelijk consistent. Het was elke keer bijna exact dezelfde toonhoogte, en precies getimed met gelijkmatige tussenpozen, zo’n 40 tot 50 keer per minuut. Netjes.
Het getjilp klonk erg schel, maar heeft het boventonen, zoals wanneer een zanger een noot aanslaat? Of is het een zuivere noot, zoals wanneer je op een stemvork slaat? Om dat uit te zoeken, heb ik de bovenstaande grafiek bekeken als een frequentiegrafiek. (Wiskundig staat dit bekend als het nemen van de Fourier-transformatie, en ik heb daar hier meer over geschreven).
Als je deze spectrograma’s nog niet eerder hebt gezien, zijn ze een beetje lastig te lezen. Op de verticale as staan de verschillende frequenties (of toonhoogtes) in het geluid, en zoals voorheen tikt de tijd van links naar rechts. Zie deze grafiek als het distilleren van het getjilp van de kikker in zijn samenstellende tonen – lage tonen onderaan, en hogere tonen bovenaan. De warmere kleuren staan voor een luider geluid, gaande van koel blauw naar warm rood tot ultraheet wit.
Zien we hoe er een scherpe witte balk dwars door de tsjirp loopt? Dat vertelt ons dat het getjirp van de kikker voor het grootste deel bestaat uit een zeer luide toon met een toonhoogte van ongeveer 3000 cycli per seconde, ofwel G7. En er zijn ook wat zachtere boventonen – die parallelle rode en roze balken.
Om dit te bevestigen, laten we een plot maken van alle verschillende frequenties die samen dit geluid maken. Deze plot is als een recept voor het geluid, dat ons vertelt uit welke ingrediëntnoten het bestaat (op de horizontale as), en bij welk volume (op de verticale as).
De piekfrequentie uit de bovenstaande plot is 3144 cycli/seconde (of G7), wat overeenkomt met wat we eerder zagen. Hoe verhoudt zich dit tot de wetenschappelijke gegevens over deze kikker?
In een klassiek artikel uit 1985, Sexual Selection in the Spring Peeper, werd de toonhoogte gemeten van de roep van 72 noordelijke voorjaarspiepers in een lab, en werd vastgesteld dat de gemiddelde piekfrequentie 3061 cycli/seconde was. Dat komt aardig overeen met mijn veldresultaten. Geweldig!
Hetzelfde artikel toont verder aan dat de vrouwtjes de voorkeur geven aan de mannetjes met de luidste roep, en ook aan de mannetjes die hun roep het snelst herhalen. Dus als er bijvoorbeeld twee mannetjes zijn, één die om de 1,2 seconden tjirpt en de ander om de 0,9 seconden, dan zouden de vrouwtjes negen van de tien keer de snellere tjirper kiezen. Voor de mannelijke kikkers is luid en snel tjirpen een winnende strategie.
De voordelen van luid zijn zijn duidelijk. Als je als kikker harder kunt roepen dan je soortgenoten, is de kans groter dat je de aandacht van het vrouwtje krijgt. Maar waarom verkiezen de vrouwtjeskikkers de snelste roependen?
Dat komt omdat het getjilp reclame maakt voor de conditie van de mannetjeskikker. De kikkers die het snelst tjirpen, zijn zwaarder en in betere conditie. Dat komt omdat het energie kost om te tsjirpen. Om sneller te tsjirpen, moet een kikker meer zuurstof opnemen, en meer energie verbruiken. De kikkers die het snelst tjirpen zijn degenen met het grootste uithoudingsvermogen. Net als de snelste langeafstandslopers kunnen zij een hoog energieverbruik gedurende een lange tijd volhouden.
Dat brengt ons bij een andere puzzel. Juist datgene wat de mannelijke Lentepiepers aantrekkelijk maakt voor de vrouwtjes – hun luide, repetitieve roep – zou hen ook veel opvallender maken voor roofdieren. Dus hoe krijgen ze het voor elkaar om niet opgegeten te worden?
/ Flickr (gebruikt met toestemming)
Eén manier waarop deze lentepiepers roofdieren ontwijken, is door heel vroeg in de lente uit hun winterslaap te komen. Maar er is een probleem met deze strategie. De vroege lente gaat gepaard met koude periodes, die vaak tot onder het vriespunt dalen (zoals nu, terwijl ik deze woorden schrijf). Dus komt de vraag eigenlijk hierop neer. Hoe voorkomt de kikker dat hij bevriest? Het antwoord op deze vraag verbaast me volledig – de kikker voorkomt niet dat hij bevriest. In plaats daarvan heeft de evolutie een manier bedacht waarop de kikker in leven kan blijven.
Wanneer de kikker in het vroege voorjaar uit zijn winterslaap komt, kan de temperatuur vaak dalen tot onder het vriespunt. Als de temperatuur -2 of -3 C (27 F) is, kan de kikker overleven omdat het water in de kikker in een onderkoelde toestand blijft – onder het vriespunt, maar nog niet bevroren. Maar zodra de temperatuur daalt, kan het water binnenin de kikker niet meer onderkoeld blijven, en begint hij te bevriezen.
Voor de meeste dieren zou dit een snelle dood betekenen. Maar niet de Noordelijke Lentekikker. Studies hebben aangetoond dat deze kikker tot een week bevroren kan overleven. De kikker komt in een staat van uitgestelde animatie. Zijn ademhaling, bloedstroom en hartslag stoppen, en zijn ledematen worden stijf bevroren. Het water onder zijn huid bevriest, en de inhoud van zijn maag wordt een vaste bal ijs. Meer dan de helft van het water in zijn lichaam verandert in ijs. Toch kan hij in deze bevroren toestand dagenlang overleven, en als de temperatuur weer stijgt, ontdooit de kikker en gaat uiteindelijk weer rondhuppelen.
Hoe haalt hij dan deze ongelooflijke truc uit?
Hier volgt een filmpje van David Attenborough waarin deze truc wordt uitgelegd bij een andere soort vriesbestendige kikker, de boskikker, die een soortgelijke strategie toepast.
Als cellen bevriezen, zet het ijs uit en scheuren de cellen, waardoor het organisme sterft. Maar deze kikker, samen met een handvol andere Noord-Amerikaanse kikkers, heeft een ongelooflijke strategie ontwikkeld om zich te beschermen tegen vorstschade. Binnen 5 minuten nadat ijskristallen zich beginnen te vormen binnenin de kikker, gaat de lever van de kikker in noodreddingsmodus, en begint glucose te dumpen in het bloed, dat zich dan verspreidt over het lichaam van de kikker. Deze suiker dient als een ‘cryoprotectant’ – een biologisch antivriesmiddel dat voorkomt dat zich ijskristallen vormen in de cellen van de kikker.
Op het moment dat zich ijskristallen vormen in de kikker, tikt de klok. Het is een race tussen het vriesfront dat vanuit de buitenste delen van de kikker naar binnen trekt en de glucose die van binnenuit naar buiten wordt gepompt om de kikker te redden. De suikerspiegel is daarom het hoogst in de kernorganen van de kikker, zoals de lever, het hart, de nieren en de hersenen, waar de glucosespiegels tot het 50-voudige omhoog schieten. Ondertussen krijgen de buitenste weefsels zoals huid en skeletspieren minder glucose omdat ze al zijn begonnen met bevriezen. Het echt verrassende feit hier is dat de suiker niet in de bloedbaan van de kikker zat voordat het bevriezen begon. Het werd eruit gepompt door de lever onmiddellijk nadat de kikker begon te bevriezen. Zodra de kikker ontdooit, wordt de glucose weer in de lever opgeslagen, klaar om opnieuw te worden gebruikt.
En deze ongelooflijke aanpassing helpt deze kikkers veilig te blijven. Deze vorstbestendige Nothern Spring Peepers kunnen eerder in de lente tevoorschijn komen dan hun roofdieren kunnen, en verzekeren zich van vele dagen zingen en broeden naar hartelust.
Grote dank aan Dave Huth voor het delen van zijn uitstekende beelden onder de Creative Commons licentie. Bekijk zijn website en flickr stream, beide geweldige bronnen over wetenschapscommunicatie en biologie.
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. “Sexuele selectie bij de voorjaarspiepers, Hyla crucifer (Amphibia, Anura): rol van de advertentie roep. “Behaviour (1985): 112-128.
Zimmitti, Salvatore J. “Individuele variatie in morfologische, fysiologische, en biochemische kenmerken geassocieerd met het roepen bij voorjaarspiepers (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.
Hier is een ongelooflijke video van Robert Krulwich over een “lentekikker-mirakel” – de wederopstanding van de vriestolerante boskikker.
Wil je meer weten over superkoeling, van paarden tot het heelal? Kijk dan eens naar deze Radiolab podcast.
En hier is een mooie uitleg van Malcolm Campbell, die de wetenschap uiteenzet hoe boskikkers en berkenbomen vergelijkbare strategieën hebben ontwikkeld om levend ingevroren te overleven. Verbazingwekkend spul!