Brrrrr……

Kvikksølvet siger ned mot det mørkeblå. En tur ut til postkassen virker idiotisk selv iført min nye, tykke boblejakke. Jeg velger å sitte på kjøkkenet med en varm kopp kaffe, mens jeg skimter tuppen av avisen som stikker opp av den frostkledde, grønne kassen.

Men mange har ikke noe valg. De må være der ute. Dyr og planter kjemper hver vinter en innbitt kamp mot invaderende iskrystaller. Hva slags overlevelsestriks har evolusjonen trukket opp av ermet? Hvilke knep er blitt til ved naturlig seleksjon gjennom millioner av år med lange istider og kalde vintre?

Kampen om vannet

Minusgrader er problematisk for levende celler, spesielt dersom det er vann til stede. Og det er det jo alltid i fysiologisk aktive, levende organismer. Når temperaturen synker under 0°C krystalliseres vann og blir til is. De første isdiamantene ser pene ut der de pynter opp litt triste, blomsterløse vinterplanter. Men akkurat som med en mystisk James Bond-skjønnhet er det høy risiko assosiert med å omgås disse smykkene.

Det kan være livsfarlig. Frie vannmolekyl blir «kapret» av isen og balansen mellom vannmengden utenfor og innenfor cellemembranene forrykkes. Gjennom passiv transport av vann igjennom cellemembranen (osmose) vil isen på utsiden av cellene sakte men sikkert rane omkringliggende celler for deres livsnødvendige vann. Men ikke nok med det. Cellenes vanntap medfører store endringer i cellevolum, og det er ingen spøk. Tenk deg en drue som blir til en rosin – som så skal bli til en drue igjen.

Uttørkede celler med innskrumpete cellemembraner er rett og slett ikke i stand til å returnere til en vannfylt tilstand.

Ofte revner cellemembranen når celler rehydreres. Og som om ikke dette var nok vil også viltvoksende, store iskrystaller påføre dype kutt- og knuseskader i omkringliggende celler.

Genetiske forvar

Så hvordan kan det ha seg at det finnes liv her oppe i nord i det hele tatt? Studier som leter etter unike egenskaper hos arter tilpasset kaldt klima har avslørt to typer genetiske frostforsvar. Det enkleste forsvaret er å produsere frostvæske som sørger for at vannet i og rundt cellene ikke fryser til en stor isklump. Naturlige frostvæsker finnes i mange varianter, for eksempler små sukkermolekyler i planter, eller molekyler sammensatt av både sukker og fett (xylomannan) som produseres i skyggebiller fra de kaldeste områdene i Alaska.

I tillegg til kjemiske frostvæsker har mange fisk og insekt i kalde klima gener som koder for antifryseproteiner. Disse proteinene senker frysepunktet til vann ved å binde seg til mikroskopiske ispartikler og forhindrer at frie vannmolekyler blir tatt som isgissel. Nylig ble en helt ny type av slike frostveskeproteiner identifisert i en fjærmyggart ved Lake Ontario.

 

Når fjærmyggen forvandles fra en svømmende larve til en flyvedyktig voksen, starter samtidig produksjonen av kjøleveskeproteinene og sikrer at de iskalde vårnetter rundt Lake Ontario blir begynnelsen, og ikke slutten, på fjærmyggens liv.

Mange planter produserer også proteiner som binder seg til iskrystaller. Men i motsetning til antifryseproteiner i insekt og fisk har plantenes varianter ofte liten innvirkning på vannets frysepunkt. Isteden tror man at disse proteinene gjør livet i fryser’n enklere ved at de kan påvirke måten iskrystaller vokser på. Tenk tilbake til vaniljeisen du fikk da du var liten – som dessverre hadde ligget i bestemors fryser så alt for lenge. Med store, kjipe vaniljeiskrystaller som resultat. Dette skjer naturlig i en fryser.

Iskrystallene som allerede eksisterer vokser seg større på bekostning av nye iskrystaller.

Antifryseproteiner i planter nekter iskrystallene å vokse seg store. Det er ikke vanskelig å forestille seg at en slush av små isbiter mellom cellene er å foretrekke fremfor kjempestore isfjell.

Skynd deg, vintern kommer

Dyr og planter som overlever iskalde vintre har ikke sine genetiske fryseforsvar i aktivitet igjennom hele året. Vel, med mindre de lever i en evig vinter på sydpolen slik som som gressarten Deschampsia antarctica. De fleste frysetolerante organismer bruker signaler fra kortere dager og synkende temperaturer på høsten til å skru på sitt fryseforsvar i tide til den første nattefrosten.

Det er enda noe uklart nøyaktig hvordan dyr og planter registrerer og bruker temperatursignaler til å regulere ’på-knappen’, men sannsynligvis er det flere likheter mellom planter og dyr i hvordan celler registrerer og reagerer på kulde. Når temperaturen faller, påvirker dette fettet i cellemembranene (membranene stivner) samtidig som kalsium-nivåene inne i cellene endres. En kaskade av genaktiveringer settes i gang og resulterer i frysetolerante planter, og dyr fulle av antifryseproteiner.

En takk

Se ut av vinduet der de tildekte gresstråene snart stikker opp av snøen igjen. Her vil det om noen få måneder være fotballsparking, grillfest og kalde pils. Gresset vi har her i Norge tilhører nesten uten unntak underfamilien Pooideae med 3000 arter. For ca 30-40 millioner år siden muterte et gen i en forfar til alle disse gressartene. Dette nye mutantgenet var nå plutselig oppskriften på et nytt protein som kunne binde seg til iskrystaller. Takk kjære antifrysergener – det hadde ikke vært det samme med hagefest i vierkratt og blåbærbusker, når sommeren endelig kommer.

[publisert i Aftenposten 5/3/2015]