Wie Zikaden kalte Temperaturen überstehen

Viele Lebewesen haben eine besondere Fähigkeit: Sie können die harten, kalten Monate überstehen, wenn die Temperaturen so tief fallen, dass ihre Körperflüssigkeiten gefrieren könnten. Ist ein bisschen so, als ob man im Winter ohne Schlafsack campen geht, aber einige Kreaturen haben einen Weg gefunden, damit umzugehen. Forschungen zeigen, dass, wenn diese Organismen gefrieren, das Schäden an ihren Proteinen verursachen könnte, die für ihr Überleben wichtig sind.

#Die Rolle spezieller Proteine

Proteine sind echt super; sie sorgen dafür, dass alles in unseren Körpern reibungslos läuft. Denk an sie als das Wartungsteam in einem geschäftigen Gebäude. Aber wenn es zu kalt wird, können die Proteine wackelig werden. Hier kommen die molekularen Chaperone ins Spiel. Diese Chaperone sind wie das Notfallteam, das Schäden repariert. Eine Art, die sogenannten Hitzeschockproteine (HSPs), spielt dabei eine zentrale Rolle.

Stell dir vor, du bist eine Grille, die mit gefrierenden Temperaturen konfrontiert ist. Eines der Proteine, auf die sie angewiesen sind, heisst Hsp70. Einige Insekten, wie unser Grillefreund, erhöhen die Produktion von HSP70 kurz bevor sie kalt werden oder sogar nachdem die Kälte ihr Schlimmstes getan hat. Die Idee ist, dass dieses Protein ihnen hilft, die innere Eisbildung zu überstehen.

Aber Moment mal! Insekten, die in superkalten Gegenden leben, wie in der Antarktis, haben meistens immer hohe HSP70-Werte. Da könnte man denken, dass sie bestens für den Winter gerüstet sind, oder? Seltsamerweise zeigen einige Studien, dass das Gefrieren nicht immer die Arbeit bestimmter Enzyme in diesen Insekten stört. Also, vielleicht ist Gefrieren nicht der grosse böse Wolf, von dem wir dachten, dass er Proteinschäden verursacht. Das hat die Forscher dazu gebracht, sich zu fragen, ob HSPs wirklich die Superhelden sind, für die wir sie halten, wenn es ums Überleben bei Frost geht.

#Die Grille im Fokus

Kommen wir zu unserem Star der Show: Gryllus veletis, auch bekannt als die Frühlingsfeldgrille. Sie lebt hauptsächlich im südlichen Kanada und im Norden der USA und hat einen coolen Trick, um gefrierenden Temperaturen zu überstehen. Im Winter bleibt sie in ihrer fünften Nymphenstufe und ist bereit, der Kälte zu trotzen.

Im Labor können diese Grillen sich auf die Kälte vorbereiten, indem sie einen speziellen Prozess namens Akklimatisation durchlaufen. Das ist nicht nur ein schickes Wort; es bedeutet, dass sie sich über mehrere Wochen an die langsam sinkenden Temperaturen und kürzeren Tage anpassen. Dieser Prozess hilft ihnen, kälte-resistent zu werden. Frühere Forschungen zeigten, dass eines der Proteine, die sie während dieser Akklimatisation hochgefahren haben, HSP70 war – aber allein zu wissen, dass das so ist, sagt uns nicht, ob HSP70 wirklich lebenswichtig für das Überleben bei Frost ist.

#Ein ribbit-er Experiment

Die Forscher beschlossen, HSP70 auf die Probe zu stellen. Sie wollten sehen, wie dieses Protein auf verschiedene Temperaturen in verschiedenen Körperteilen der Grille reagierte. Dafür richteten sie drei Experimente ein. Zuerst überprüften sie, ob die Grillen HSP70 während der Akklimatisation zur Kälte hochfuhren. Als nächstes wollten sie sehen, ob ein Hitzeschock die Produktion von HSP70 ankurbeln konnte. Schliesslich untersuchten sie, ob das Gefrieren zu einem Anstieg der HSP70-Werte führte.

Die Grillen wurden unter kontrollierten Bedingungen aufgezogen, die den Sommer nachahmten. Als sie bereit waren, wurden einige Grillen bei Raumtemperatur gelassen, während andere kälteren und wärmeren Bedingungen ausgesetzt wurden. Das Ziel war es, die HSP70-Werte im Fettkörper, Darm, Muskeln und mehr zu beobachten.

#Temporäres Überhitzen

Während des Hitzeschocktests erhitzten die Forscher die Grillen vorsichtig. Früheren Tests zufolge konnten die Grillen Temperaturen von 38°C und 40°C für kurze Zeit überleben. Sie fanden heraus, dass die Grillen am Leben blieben und ihre Körper hart daran arbeiteten, die HSP70-Produktion als Antwort zu steigern.

Nachdem sie der Hitze ausgesetzt waren, wurden die HSP70-mRNA-Werte (der Bauplan für das Protein) und die HSP70-Proteinwerte gemessen. Spannenderweise stellte sich heraus, dass die Grillen nach dem Hitzeschock in mehreren Geweben einen Anstieg der HSP70-Werte zeigten, was beweist, dass dieses Protein tatsächlich auf hohe Temperaturen reagiert.

#Der Frosttest

Dann kam der entscheidende Moment: Wie reagierten die Grillen auf die Kälte? Sie wurden eine Zeit lang bei -8°C gefroren und dann wieder aufgewärmt. Die Forscher erwarteten einen Anstieg der HSP70-Werte, während sich diese Grillen erholten. Aber Überraschung! HSP70 zeigte nach dem Froststress in keinem der Körperteile Anzeichen hoher Werte, ausser einem Gewebezustand, der unerwartet schien.

Das offenbarte eine interessante Wendung: Selbst nach einem Gefriererlebnis fühlten diese Grillen nicht die Notwendigkeit, ihre HSP70-Werte zu erhöhen. Hat das Gefrieren nicht genug Schäden an ihren Proteinen verursacht, um eine HSP70-Reaktion auszulösen?

#Was das alles bedeutet

Also, was können wir aus dieser frostigen Geschichte mitnehmen? Während HSP70 wichtig für die Grillen bei Hitzestress ist, scheint es eine weniger kritische Rolle beim Gefrieren zu spielen. Die wiederholten Tests zeigten unterschiedliche Reaktionen auf Hitze und Kälte, aber die Proteinproduktion für das Gefrieren war nicht so notwendig, wie erwartet.

Das könnte darauf hindeuten, dass die Grillen bereit waren. Sie haben vielleicht genug HSP70 während ihrer Akklimatisation aufgebaut, sodass sie nach dem Gefrieren nicht mehr produzieren mussten. Das deutet darauf hin, dass Gefrieren nicht so schädlich für Proteine ist, wie man einst dachte – zumindest nicht für diese speziellen Grillen.

#Zukünftige Abenteuer

Obwohl diese Studie sich darauf konzentrierte, wie Gryllus veletis mit der Kälte umgeht, wirft sie viele Fragen auf. Wie viel Gefrieren ist zu viel für diese Grillen? Was können wir über ihre Methoden zum Schutz ihrer Proteine herausfinden? Es scheint, als hätte die Natur einige faszinierende Tricks auf Lager.

Solche Eigenheiten in der Natur zu erkunden, kann uns helfen, mehr darüber zu verstehen, wie verschiedene Arten mit Stress umgehen. Egal, ob es die Sommerhitze oder die Winterkälte ist, jedes Geschöpf hat seine eigenen Überlebensgeheimnisse. Und vielleicht wirst du das nächste Mal, wenn du eine Grille zirpen hörst, eine neue Wertschätzung dafür haben, wie sie die Herausforderungen ihrer frostigen Welt meistern.

#Das kalte Abenteuer der Grille zusammenfassen

Kurz gesagt, es kann für kleine Geschöpfe, die extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, ganz schön hart sein. Aber mit anpassungsfähigen Proteinen, ein paar cleveren biologischen Tricks und einem Hauch von Wissenschaft gedeihen diese Grillen weiterhin gegen alle Widrigkeiten. Also, das nächste Mal, wenn du eine Grille siehst, denk dran: Sie haben echt coole Strategien, um cool – oder warm – zu bleiben!