Tiere überwintern, indem sie ihren Stoffwechsel verlangsamen, um in saisonalen Zeiten von Nahrungsknappheit und extremer Kälte weniger Energie zu verbrauchen. Einige Tiere, darunter Grillen und viele andere wirbellose Tiere, gehen sogar noch weiter, indem sie in eine vollständige Ruhephase eintreten. Bei dem als Diapause bezeichneten Prozess hört jede Zelle im Körper einer Grille auf zu wachsen und die Grille tritt in einen Zustand der suspendierten Animation ein. Durch das vollständige Abschalten ihrer eigenen biologischen Prozesse können Tiere in der Diapause extreme Kälte ohne Nahrung oder Wasser überleben, und einige überleben sogar, wenn sie eingefroren werden.
Umwelteinfluss
Die Diapause wird durch die Umweltveränderungen ausgelöst, die dem Winter vorausgehen. Wenn der Sommer nachlässt und der Herbst näher rückt, lösen die kürzeren Tageslichtperioden physiologische Veränderungen aus, die das Tier auf die Diapause vorbereiten. Auch kühlere Temperaturen können diese Veränderungen auslösen. Unangemessen warme Temperaturen können bei einigen Arten die Diapause verzögern oder verhindern, weshalb es nicht ungewöhnlich ist, dass Grillen den ganzen Winter in einem Keller aktiv bleiben. Der Überfluss und die Qualität der verfügbaren Nahrung nehmen tendenziell ab, wenn sich der Winter nähert, was weitere Signale für die Diapause-Aktivierung bei Grillen liefert.
Lebensdauer und Lebensphasen
Viele Insekten mit einem einjährigen Lebenszyklus haben eine obligatorische Diapause und werden während des entsprechenden Lebensstadiums unabhängig von Temperatur oder verfügbarem Tageslicht in ihren Ruhezustand eintreten. Das häufigste Überwinterungsstadium für Grillen ist das Eistadium. Achtzig Prozent der Grillen überwintern als Eier, während nur etwa 15 Prozent als Nymphen überwintern und eine kleine Handvoll Arten als Erwachsene in die Diapause eintreten.
Grillen mit einem zweijährigen Lebenszyklus unterscheiden sich dadurch, dass sie in zwei verschiedenen Stadien in die Diapause eintreten. Welche zwei Stadien in die Ruhephase eintreten, variiert je nach Grillenart. So überwintern Grillen auf den Britischen Inseln während ihrer Ei- und Nymphenphase, während eine Art in Nordjapan vor der Fortpflanzung zuerst als Nymphe und dann als Erwachsene überwintert.
Hormonelle und chemische Unterstützung
Die durch Umweltreize ausgelösten physiologischen Veränderungen werden durch die hormonelle Aktivität reguliert. Die endokrinen Drüsen von Insekten sezernieren Hormone wie Ecdyson und juvenile Hormone, die das Insektenwachstum und die Häutung regulieren. Die Produktion und Beendigung dieser Sekrete hilft zu bestimmen, wann und in welchem Entwicklungsstadium die Grille in die Diapause eintritt. Diese endokrine Kontrolle der Diapause variiert je nach Spezies.
Einige Insekten überleben Gefriertemperaturen biochemisch, dh sie stellen ihr eigenes Frostschutzmittel her. Gefriertoleranz oder Gefriervermeidung ist mit Hilfe von Kryoprotektivmolekülen möglich. Zucker wie Trehalose und Aminosäuren wie Prolin im Gewebe des Insekts und Hämolymphe (Blut) schützen das Insekt vor dem Einfrieren. Während in diesem Bereich weitere Studien erforderlich sind, zeigen Grillen die Fähigkeit, das Einfrieren mit der Anwesenheit dieser Biochemikalien zu tolerieren.
Entwicklung der Diapause
Grillen haben Schwierigkeiten zu überleben, wenn ihre Ruhezeiten nicht mit dem Wintereinbruch übereinstimmen, also natürlich Selektion verhindert radikale Abweichungen und fördert aufeinanderfolgende Generationen, deren Rhythmen den Umgebung. In gemäßigten Klimazonen, in denen die Länge und Schwere der Jahreszeiten in verschiedenen Breitengraden stark schwankt, tritt die Artbildung auf, wenn und wie lange Grillen von jahreszeitlichen Veränderungen betroffen sind. Vergleichbare Grillenpopulationen in wärmeren, tropischen Klimazonen weisen diese Tendenz zur Artbildung nicht auf, da es keinen Winter gibt, der Divergenzen in den Entwicklungsrhythmen auslöst.
Ideale Bedingungen
Instabile Temperaturen können die Ruhephase einer Grille beeinträchtigen. Ein plötzliches, aber kurzes Tauwetter kann ruhende Grillen wecken, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie ein erneutes Einfrieren überleben. Während einige Arten festgefroren überleben und im Frühjahr unbeschadet aus der Diapause kommen, finden andere das Überleben leichter, wenn sie in einem geschützten Mikrohabitat ruhen. Eine Ruhephase unter der Erde oder im Holz von Baumstämmen kann einen Puffer gegen Temperaturschwankungen bieten und sicherstellen, dass die Diapause bis zum Frühjahr andauert.
