ทำไมวูดฟร็อกไม่ฉี่หลายเดือน และเปลี่ยนของเสียให้ช่วยชีวิตได้

ถ้ามนุษย์ไม่ได้เข้าห้องน้ำเพียงไม่กี่ชั่วโมงก็เริ่มรู้สึกทรมานแล้ว แต่กบตัวเล็กชนิดหนึ่งในอเมริกาเหนือสามารถผ่านฤดูหนาวนานหลายเดือนโดยแทบไม่ปัสสาวะ มิหนำซ้ำ ร่างกายของมันยังสามารถแข็งเป็นน้ำแข็งบางส่วน ก่อนกลับมาเคลื่อนไหวได้อีกครั้งเมื่ออากาศอุ่นขึ้น

มันมีชื่อว่า วูดฟร็อก หรือกบป่า ชื่อวิทยาศาสตร์ Rana sylvatica หรือ Lithobates sylvaticus เป็นกบสีน้ำตาลขนาดไม่ใหญ่ รอบดวงตามีแถบสีเข้มคล้ายสวมหน้ากาก

รูปร่างหน้าตาของมันอาจดูธรรมดา แต่ระบบเอาตัวรอดในฤดูหนาวกลับไม่ธรรมดาเลย เพราะนอกจากจะไม่ปัสสาวะเป็นเวลานานแล้ว มันยังยอมให้ของเหลวในร่างกายส่วนหนึ่งกลายเป็นน้ำแข็งได้

นอนแข็งอยู่ใต้กองใบไม้ตลอดฤดูหนาว

เมื่ออากาศเริ่มหนาว วูดฟร็อกจะมุดลงไปอยู่ใต้กองใบไม้ ท่อนไม้ผุ หรือดินชั้นตื้น ๆ แทนการหนีลงไปจำศีลใต้ก้นบ่อน้ำเหมือนกบบางชนิด

จุดซ่อนตัวเหล่านี้ไม่ได้อุ่นพอจะป้องกันความเย็น อุณหภูมิรอบตัวจึงลดต่ำลงจนของเหลวภายนอกเซลล์บางส่วนเริ่มแข็งตัว งานศึกษาวูดฟร็อกในอะแลสกาพบว่า กบสามารถอยู่ในสภาพแข็งตัวตามธรรมชาติได้เป็นเวลาหลายเดือน โดยมีรายงานเฉลี่ยประมาณ 193 วันในพื้นที่ศึกษา

ระหว่างนั้น หัวใจของมันหยุดเต้น การหายใจหยุด เลือดแทบไม่ไหลเวียน และกล้ามเนื้อไม่ขยับ เมื่อมองจากภายนอกจึงแทบไม่ต่างจากกบที่ตายแล้ว

อย่างไรก็ตาม มันยังมีชีวิตอยู่ เพียงเข้าสู่ภาวะที่การทำงานของร่างกายลดลงอย่างมาก เพื่อประคองเซลล์และอวัยวะให้ผ่านช่วงอากาศหนาวจัดไปให้ได้

ไม่ใช่การ “อั้นฉี่” แบบมนุษย์

ประโยคที่ว่า “กบกลั้นฉี่ได้นานหลายเดือน” อาจทำให้หลายคนนึกว่ามันมีปัสสาวะเต็มกระเพาะปัสสาวะ แต่พยายามอั้นเอาไว้เหมือนคนที่หาห้องน้ำไม่ได้

ความจริงไม่ใช่เช่นนั้น

เมื่อวูดฟร็อกเข้าสู่การจำศีล การเผาผลาญพลังงาน การไหลเวียนเลือด และการทำงานของไตจะลดลงอย่างมาก มันไม่กิน ไม่ดื่ม และแทบไม่เคลื่อนไหว การผลิตปัสสาวะจึงไม่ได้เกิดขึ้นในอัตราเดียวกับช่วงที่กบกำลังใช้ชีวิตตามปกติ

ในขณะเดียวกัน ร่างกายยังเปลี่ยนวิธีจัดการกับของเสีย โดยเก็บสารบางอย่างเอาไว้และนำกลับมาใช้ประโยชน์ แทนที่จะรีบขับออกไปพร้อมปัสสาวะ

เปลี่ยนยูเรียจากของเสียให้เป็นเกราะป้องกันเซลล์

สารสำคัญในกระบวนการนี้คือ ยูเรีย ซึ่งเป็นสารที่เกิดจากการสลายโปรตีนและสารประกอบไนโตรเจนในร่างกาย

โดยทั่วไป สัตว์จะขับยูเรียออกทางปัสสาวะ เพราะหากสะสมในระดับสูงเกินไปก็อาจรบกวนการทำงานของเซลล์ได้ แต่วูดฟร็อกกลับสะสมยูเรียไว้ในเลือดและเนื้อเยื่อมากขึ้นก่อนและระหว่างช่วงจำศีล

ของเสียที่ควรถูกขับออกจึงกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบป้องกันความหนาว

ยูเรียทำหน้าที่เป็นสารช่วยรักษาสมดุลของน้ำและช่วยให้เซลล์ทนต่อความเครียดจากการแช่แข็ง เมื่อของเหลวภายนอกเซลล์เริ่มกลายเป็นน้ำแข็ง น้ำบางส่วนจะถูกดึงออกจากเซลล์ ทำให้เซลล์หดตัวและเสี่ยงต่อความเสียหาย

ยูเรียจึงไม่ได้ทำหน้าที่ละลายน้ำแข็งเหมือนเกลือที่โรยบนถนน แต่ช่วยประคองโครงสร้างของเซลล์และลดผลกระทบจากการสูญเสียน้ำในสภาพเย็นจัด

กลูโคสช่วยเสริมการป้องกัน

วูดฟร็อกยังมีสารช่วยอีกชนิดหนึ่งคือ กลูโคส

เมื่อเริ่มเกิดน้ำแข็งในร่างกาย ตับจะสลายไกลโคเจนและปล่อยกลูโคสจำนวนมากเข้าสู่กระแสเลือด น้ำตาลนี้จะกระจายไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่อต่าง ๆ เพื่อทำหน้าที่คล้ายสารป้องกันเซลล์จากความเสียหายระหว่างการแช่แข็ง

น้ำแข็งส่วนใหญ่จะก่อตัวในช่องว่างนอกเซลล์ หากเกิดผลึกน้ำแข็งจำนวนมากภายในเซลล์โดยตรง ผลึกเหล่านั้นอาจทำลายเยื่อหุ้มและโครงสร้างภายในเซลล์จนไม่สามารถฟื้นกลับมาได้

กลูโคสและยูเรียจึงช่วยกันลดการสูญเสียน้ำของเซลล์ รักษาสมดุลของสารละลาย และเพิ่มโอกาสที่เนื้อเยื่อจะรอดจากกระบวนการแข็งตัวและละลาย งานวิจัยยังพบว่าวูดฟร็อกจากเขตหนาวของอะแลสกามีระบบสะสมสารป้องกันเหล่านี้เด่นกว่าประชากรในเขตอบอุ่น

แบคทีเรียในลำไส้ช่วยรีไซเคิลยูเรีย

ยูเรียที่สะสมอยู่ไม่ได้ถูกปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีการจัดการ ภายในลำไส้ของกบมีแบคทีเรียบางกลุ่มที่ผลิตเอนไซม์ ยูรีเอส ซึ่งสามารถย่อยยูเรียและช่วยนำไนโตรเจนกลับมาใช้ในกระบวนการทางชีวภาพได้

พูดง่าย ๆ คือ ร่างกายของกบกับจุลินทรีย์ในลำไส้ช่วยกันรีไซเคิลของเสียบางส่วน แทนที่จะขับออกไปพร้อมปัสสาวะทั้งหมด

งานศึกษาที่ตีพิมพ์ในปี 2018 พบกิจกรรมของเอนไซม์ยูรีเอสในระบบทางเดินอาหารของวูดฟร็อกที่จำศีล และชี้ว่าจุลินทรีย์ในลำไส้อาจมีบทบาทในการนำไนโตรเจนจากยูเรียกลับมาใช้ใหม่

ความสามารถนี้มีประโยชน์อย่างมาก เพราะระหว่างจำศีล วูดฟร็อกไม่สามารถออกไปหาแมลงหรืออาหารอื่นได้ การประหยัดและหมุนเวียนสารที่มีอยู่ในร่างกายจึงอาจช่วยเพิ่มโอกาสรอดจนถึงฤดูใบไม้ผลิ

อย่างไรก็ตาม การรีไซเคิลยูเรียไม่ได้หมายความว่าของเสียทั้งหมดถูกนำกลับมาใช้ หรือกบไม่จำเป็นต้องขับถ่ายอีกเลย เมื่อร่างกายกลับมาทำงานตามปกติ สารส่วนเกินยังคงต้องถูกกำจัดออกตามกระบวนการธรรมชาติ

ประชากรทางเหนือทนหนาวได้มากกว่า

วูดฟร็อกที่อาศัยอยู่ทางตอนเหนือ โดยเฉพาะในเขตหนาวจัดอย่างอะแลสกา ต้องเผชิญฤดูหนาวที่ยาวนานกว่าและอุณหภูมิต่ำกว่าประชากรที่อยู่ในพื้นที่อบอุ่น

งานศึกษาพบความแตกต่างทางสรีรวิทยาระหว่างประชากร โดยกบจากเขตหนาวจัดมีพลังงานสำรองและระบบผลิตสารป้องกันการแข็งตัวที่เหมาะกับการจำศีลยาวนานกว่า พวกมันสามารถทนต่อการที่น้ำในร่างกายส่วนใหญ่กลายเป็นน้ำแข็งภายนอกเซลล์ได้ โดยยังรักษาโครงสร้างสำคัญภายในเซลล์เอาไว้

นี่ไม่ได้หมายความว่าวูดฟร็อกทุกตัวจะสามารถทนความเย็นได้เท่ากัน ระยะเวลาและระดับอุณหภูมิที่รอดชีวิตขึ้นอยู่กับประชากร สภาพแวดล้อม ตำแหน่งจำศีล และความพร้อมของร่างกายแต่ละตัว

เมื่อหิมะละลาย ร่างกายก็เริ่มทำงานอีกครั้ง

เมื่อฤดูใบไม้ผลิมาถึงและอุณหภูมิสูงขึ้น น้ำแข็งในร่างกายจะค่อย ๆ ละลาย ระบบต่าง ๆ จึงกลับมาทำงานตามลำดับ

หัวใจเริ่มเต้น เลือดเริ่มไหลเวียน การหายใจและการเคลื่อนไหวฟื้นกลับมา จากกบที่เคยแข็งทื่อราวกับไม่มีชีวิต มันสามารถกลับมากระโดดและเดินทางไปยังแอ่งน้ำชั่วคราวเพื่อผสมพันธุ์ได้

หลังจากการกิน การดื่ม และการทำงานของไตกลับสู่ภาวะปกติ ยูเรียส่วนเกินที่ไม่จำเป็นต่อการป้องกันความหนาวแล้วจึงค่อยถูกกำจัดออกจากร่างกาย

ความน่าสนใจของวูดฟร็อกจึงไม่ได้อยู่เพียงว่ามันไม่ปัสสาวะได้นานเพียงใด แต่อยู่ที่ความสามารถในการเปลี่ยนสารซึ่งปกติถูกมองว่าเป็นของเสียให้กลายเป็นเครื่องมือช่วยชีวิต

ร่างกายของมันไม่ได้ต่อสู้กับฤดูหนาวด้วยการรักษาทุกอย่างให้ทำงานเหมือนเดิม แต่ลดการทำงานแทบทั้งหมด ยอมให้ของเหลวบางส่วนแข็งตัว และใช้ยูเรีย กลูโคส ตลอดจนจุลินทรีย์ในลำไส้ช่วยประคองเซลล์ให้ผ่านช่วงอันตราย

ดังนั้น คำว่า “กบกลั้นฉี่หลายเดือน” จึงเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องทั้งหมด เบื้องหลังความสามารถนี้คือระบบจำศีล การรีไซเคิลไนโตรเจน และกลไกป้องกันเซลล์จากน้ำแข็งที่ทำงานร่วมกันอย่างละเอียด จนกบตัวเล็ก ๆ สามารถนอนแข็งอยู่ใต้กองใบไม้ตลอดฤดูหนาว ก่อนกลับมาใช้ชีวิตตามปกติอีกครั้งเมื่อหิมะละลาย