Vertebrados criotolerantes

Zootoca vivipara (Imagen: Marek Szczepanek)
Zootoca vivipara (Imagen: Marek Szczepanek)

Como vimos en la entrada anterior, hay animales que son capaces de sobrevivir a la congelación. Los que hemos visto en esa anotación son invertebrados de diferentes filos. Pero también se han estudiado algunas especies de vertebrados en busca de respuestas o adaptaciones similares a las observadas en invertebrados. La razón de esa búsqueda es evidente, puesto que si hay vertebrados capaces, de forma natural, de recuperar sus funciones vitales tras haber estado congelados, quizás sea posible congelar células, tejidos, órganos humanos o, incluso, seres humanos completos, para su conservación durante largos periodos de tiempo y su posterior despertar a la vida con la recuperación plena de todas sus funciones. Para alcanzar ese objetivo, sería muy útil conocer los mecanismos de esos animales en detalle, pues de su conocimiento se podrían extraer conclusiones de gran valor.

Entre los vertebrados, tan solo se han encontrado adaptaciones de esa naturaleza en algunos reptiles y anfibios. Ni peces, ni aves, ni mamíferos toleran la congelación, como tampoco la toleran la mayoría de reptiles y anfibios; también en esos grupos esa tolerancia constituye una excepción. Las especies que toleran la congelación viven, como es lógico, en zonas muy frías y para poder sobrevivir no tienen por qué desplazarse a zonas más cálidas cuando llegan los hielos.

En el Viejo Mundo las únicas especies de las que se sabe que toleran la congelación son la salamandra siberiana (Salamandrella keyserlingi) y la lagartija europea (Zootoca vivipara). El resto de vertebrados que recuperan sus funciones tras la congelación se encuentran en las Américas. Se han estudiado tres especies de reptiles, las tres tortugas. Dos de ellas, Terrapene carolina y Terrapene ornata, son las más grandes de las especies que toleran la congelación. Los jóvenes de la tercera tortuga, Chrysemys picta, salen del huevo tras haber sido incubado al calor del sol y permanecen en los alrededores de la zona de puesta a pasar el invierno. A menudo sufren la congelación de más de la mitad de sus fluidos corporales por efecto del intenso frío invernal y, sin embargo, sobreviven casi todos ellos.

Chrysmys picta (imagen: Jmalik)
Chrysmys picta (imagen: Jmalik)

La mayor parte de las investigaciones realizadas en este campo se han centrado en el estudio de los anfibios y se han estudiado, especialmente, cuatro especies de ranas. Se ha observado que en invierno el glicerol puede alcanzar una concentración de hasta el 3% en los fluidos corporales de la rana arbórea Hyla versicolor. Así pues, Hyla recurre a la misma sustancia que utilizan los insectos para protegerse del efecto dañino de los cristales de hielo.

El caso más sorprendente, sin embargo, es el de la rana del bosque, Lithobates sylvaticus (Rana sylvatica), una rana que puede encontrarse en el círculo polar ártico y que puede experimentar la congelación completa de su cuerpo en repetidas ocasiones. Es verdaderamente asombroso observar cómo se congela, deteniéndose la respiración y la circulación sanguínea, y dejando de responder a estímulos. Un 65% de sus líquidos corporales pueden llegar a convertirse en hielo; puede llegar a tener hasta 7 u 8 g de hielo en el celoma y bajo la piel, de manera que el resto de órganos han de sufrir una deshidratación considerable. Tras permanecer durante días o semanas en esa situación, al fundirse el hielo por la elevación de la temperatura, recupera todas sus funciones y en un plazo que varía entre 5 y 14 horas recobra la excitabilidad de los nervios periféricos y las respuestas reflejas.

Las sustancias protectoras que utilizan la rana del bosque son la urea y un azúcar harto conocido, la glucosa; los acumula en sus fluidos para prepararse para la estación fría. Antes de la hibernación llega a acumular concentraciones de glucógeno en el hígado de hasta 180 mg/g. Al parecer, la síntesis de glucosa se inicia en el momento en que la piel entra en contacto con hielo exterior. La glucosa alcanza concentraciones de entre 150 y 300 µmol/g en los órganos principales, hígado, corazón y cerebro. A efectos comparativos, ha de tenerse en cuenta que en ranas en estado normal esas concentraciones se encuentran entre los 1 y 5 µmol/g; esto es, son del orden de 100 veces menores. Además, hay un claro gradiente de concentración de glucosa en el interior del organismo, con valores superiores en el centro e inferiores en los órganos más periféricos; ese gradiente se manifiesta en el hecho de que se descongela antes el interior que la periferia corporal.

En experimentos realizados con esta rana se ha observado que la concentración de glucosa se empieza a elevar 14 días después de que comenzado el descenso en la temperatura ambiental. Por lo visto, y al contrario de lo que ocurre en insectos, estas ranas carecen de agentes nucleadores de hielo (INA) que provoquen la formación de cristales de forma controlada. Parece ser que se valen de su tamaño (grande), para que el proceso de congelación curse de forma gradual y además, no llega a formarse hielo en el interior de las células, gracias a la alta concentración osmótica que hay en el medio intracelular al haberse producido flujo osmótico de agua hacia el exterior de las células.

Se ha investigado mucho en cuestiones relativas a criopreservación, se sigue investigando y se investigará aún más. No sé si se alcanzará el objetivo de criopreservar cuerpos humanos completos algún día, pero si se logra, alguna parte de culpa habrá que echarle a la rana del bosque.

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Nota: Esta historia es una adpatación (casi traducción) de la publicada por mi compañera Miren Bego Urrutia en Uhandreak con el título “Egurreko igelaren izoztu ondorengo berpizte harrigarria”.

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[…] En Kepler-186f cabe experar que haga mucho frío, por lo que la vida que pudiese existir tendrá unas adptaciones a estas circunstancias que para nosotros pueden ser espectaculres. Pero ocurre que, sin salir de la Tierra, ya encontramos adaptaciones al frío intenso de seres vivos no microscópicos que desafían el sentido común. ¿Te imaginas, por ejemplo, una rana dos tercios de cuyo cuerpo se congelara y siguiera viva, tan campante? Pues existe, y otros animales tienen adaptaciones similares. Nos lo cuenta Juan Ignacio Pérez Iglesias en Vertebrados criotolerantes. […]

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