Ranas de zonas frías y de zonas mucho más frías

Como vimos en la anotación anterior, la rana del bosque (Rana sylvatica o Lithobates sylvaticus) puede tolerar la congelación. También vimos a qué mecanismos recurre para conseguirlo. Pues bien, resulta que además dentro incluso de la misma especie hay diferencias en el grado de tolerancia a la congelación, y esas diferencias tiene su origen en diferentes intensidades de los mecanismos que les permiten mantenerse con vida bajo condiciones tan extremas.

En un estudio reciente se han comparado ranas procedentes de la zona de los Grandes Lagos de Norteamérica (Ohio) con otras del interior de Alaska. Las primeras han de afrontar inviernos duros, pero el área en la que viven no deja de estar en la zona templada del planeta. Alaska, sin embargo, tiene condiciones extremas y las ranas de aquella zona pueden sobrevivir incluso tras encontrarse expuestas a -18ºC. Cuando se encuentran resguardadas en sus hibernáculos son habituales temperaturas tan bajas como -10 ºC, características del suelo que queda bajo la capa de nieve. Por comparación, las de la zona de los Grandes Lagos, sólo toleran la congelación a temperaturas entre -3ºC y -6ºC.

Zonas de procedencia de las ranas utilizadas en este estudio
Zonas de procedencia de las ranas utilizadas en este estudio

Los tres principales responsables de la supervivencia de las ranas son el agua ligada[1], por un lado, y urea y glucosa por el otro, los dos osmolitos[2] a los que hicimos mención en la anotación anterior. La urea se acumula durante el otoño y el invierno temprano, y la glucosa se moviliza de forma rápida y muy abundante a partir de las reservas hepáticas de glucógeno en respuesta directa a la congelación. Ambos agentes, urea y glucosa, junto con el agua ligada, limitan el daño que provoca la congelación, al provocar un descenso coligativo del punto de fusión de los fluidos corporales, preservando así la integridad de las membranas y macromoléculas. La crioprotección es consecuencia también de la redistribución de agua y su “secuestro” en forma de hielo dentro de los compartimentos celómico y linfático; de esa forma se limita la formación de hielo en el interior de los órganos, lo que podría ser muy dañino para células y tejidos.

Las ranas de localización más septentrional llegan a multiplicar por 2,3 el glucógeno hepático en el hígado durante el periodo anterior a la congelación; de esa forma cuentan con una fuente de glucosa abundante por si necesitan elevar la concentración de ésta en la sangre. Las ranas de Ohio, sin embargo, acumulan mucho menos glucógeno y, en correspondencia, casi no acumulan glucosa en la sangre en respuesta a la congelación. Pero mucho más que la glucosa, lo que verdaderamente contribuye a elevar la concentración osmótica de los fluidos corporales es la urea; las ranas más septentrionales elevan su concentración en sangre de forma muy notable (alcanzan una concentración de 106±10  μmol  ml-1). Y lo que resulta aún más significativo: otro u otros solutos no identificados también se concentran de forma importante (hasta unos 73  μmol  ml-1).  Sin embargo, las ranas de los Grandes Lagos presentan cifras de uremia muy inferiores (28±5  μmol ml-1) y no parece haber contribución de otros solutos a la concentración osmótica plasmática.

Los investigadores han observado un interesante fenómeno en relación con la elevada uremia que alcanzan las ranas de Alaska durante su aclimatación al frío anterior a la congelación. Esas ranas experimentan atrofia muscular a pesar de que, de forma simultánea, se está sintetizando glucógeno en el hígado; por esa razón, lo más probable es que esa atrofia sea un proceso regulado de degradación de proteínas musculares al servicio de la formación de urea y no, como podría parecer, consecuencia de condiciones de ayuno. Al fin y al cabo, si las ranas ayunasen no habría posibilidad de sintetizar glucógeno y no hay que olvidar que la urea es un producto del catabolismo de proteínas y la forma en que muchos animales eliminamos nuestros restos nitrogenados.

Imagen: Brian Gratwicke
Lithobates sylvaticus (Imagen: Brian Gratwicke)

Por último, es posible que una parte muy importante de las diferencias en el grado de criotolerancia entre las ranas de Alaska y las de Ohio también se deba a la variación en su contenido en agua ligada, ya que cuanto mayor sea la proporción de ésta en los fluidos corporales, mayor es el descenso en el punto crioscópico.

En resumen, la adaptación a localidades con temperaturas invernales más bajas y en las que no es posible evitar la congelación, pasa por intensificar los mecanismos que confieren crioprotección. Cuanto más baja es la temperatura ambiental, con más intensidad se acumulan osmolitos orgánicos en los fluidos corporales, de forma que la formación de cristales de hielo se dificulta notablemente, sobre todo en el interior de las células. El hielo, que puede llegar a ser superior al 60% del agua corporal, se limita a la hemolinfa y el celoma, los dos compartimentos corporales donde menos daño puede causar.

 

Fuente: Jon P. Costanzo, M. Clara F. do Amaral, Andrew J. Rosendale and Richard E. Lee, Jr (2013): Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of the wood frog The Journal of Experimental Biology 216, 3461-3473


[1] El agua ligada (bound water) es agua que se encuentra unida a macromoléculas y orgánulos celulares; su presencia dificulta la formación de hielo, por lo que provoca un descenso de la temperatura de fusión de los fluidos fisiológicos.

[2] Utilizamos el término “osmolito” para referirnos a cualquier sustancia disuelta responsable de una fracción de la concentración osmótica y, preferentemente, cuando la función única o principal de esa sustancia es, precisamente, la de contribuir a elevar la concentración osmótica del medio en el que se encuentra disuelta.



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Por Juan Ignacio Pérez
Publicado el ⌚ 23 abril, 2014
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