La rana que desdibuja la línea entre la vida y la muerte

En una fracción del mundo animal solemos considerar al latido cardíaco como el “motor” del cuerpo; el que sustenta la vida. Si el corazón deja de latir, en general, el animal deja de considerarse vivo, pero ¿qué sucedería si no se necesitase del latido cardíaco para estar vivo? Hoy conocerás a un animal sorprendente; una rana que permanece viva a pesar de que su corazón ha dejado de latir.

La rana del bosque: se congela en invierno, se descongela en verano

Cada invierno, la rana del bosque (Rana sylvatica renombrada como Lithobates sylvaticus) desdibuja la línea entre la vida y la muerte. A medida que la temperatura empieza a descender hasta estar por debajo de los cero grados, este animal comienza a congelarse. Primero se congelan sus piernas, luego su cabeza y su pecho, y finalmente su corazón. Sí! Leíste bien. Su corazón se congela y se detiene, manteniéndose así durante semanas. Tersa, dura; totalmente congelada y con un arresto cardíaco. En la primavera, vuelve el sol y vuelve la vida. La rana del bosque volverá a hacer latir su corazón y a respirar a través de sus pulmones. Bombeará sangre a los tejidos, que se irán descongelando poco a poco, e irá, de esta forma, despertando de un estado próximo a la muerte. Increíble ¿no?

Conozcamos en más detalle a este sorprendente animal

La rana del bosque es nativa de América del Norte y vive sólo en los Estados Unidos y Canadá. Es el anfibio más ampliamente distribuido en esta región, y es la única especie de rana encontrada al norte del Círculo Polar Ártico. Es más, es el único tetrápodo (vertebrado con cuatro extremidades) de “sangre fría” que habita esta región. Debido a sus increíbles capacidades, esta especie es muy estudiada por los científicos dedicados a la criobiología, ya que en ella podría encontrarse la clave para lograr avances en el área de la preservación de células, órganos y tejidos a bajas temperaturas.

Mecanismos de tolerancia a las bajas temperaturas

Las ranas son animales asombrosos. A pesar de su aspecto inofensivo y formas frágiles, tienen un sinnúmero de estrategias para hacer frente a los climas más severos que el planeta tiene para ofrecer.

Así como todos los anfibios, las ranas, además de ser conocidas coloquialmente como de “sangre fría”, específicamente son animales ectotérmicos: su temperatura corporal depende de la temperatura del medio exterior. Son diferentes a los mamíferos y las aves (endotermicos o de “sangre caliente”), los cuales poseen una ventaja en este sentido, es decir, son capaces de generar calor de forma interna sin depender de la temperatura del ambiente.

Debido a su condición de ectotérmicos, las ranas y sapos, se reproducen, alimentan y crecen sólo durante las estaciones cálidas. Tomando esto en consideración y sus limitaciones térmicas, cabría esperar que habiten preferentemente regiones del planeta con climas templados. Sin embargo, estos animales han colonizado regiones que son estacionalmente o permanentemente frías, y algunas especies deben hacer frente a temperaturas que se encuentran muy por debajo de 0 ° C, como es el caso de la rana del bosque. Es así que la supervivencia en estas condiciones depende de estrategias fisiológicas sorprendentes, como por ejemplo “tolerar el congelamiento”, proceso que lleva adelante la protagonista de esta historia.

Pero,  ¿por qué evitar el congelamiento o tolerarlo? ¿Cuáles son las consecuencias?

Olvidándonos por un momento de la rana del bosque, la experiencia, las historias, y las pelis, nos suelen dejar en claro que el congelamiento es letal, o al menos provoca graves injurias en los organismos ¿ Y por qué?

Durante el proceso de congelamiento y/o de descongelamiento se pueden producir daños en las células y los tejidos, debido a diferentes factores. Uno de ellos es la formación de cristales de hielo, que actúan como cuchillas dañando mecánicamente las células. Y el otro puede ser por la abrupta salida de agua de las células. Al suceder esto, las células se encogen drásticamente y todo su contenido queda excesivamente concentrado en el interior, teniendo consecuencias a nivel químico.

El descenso de la temperatura, sin embargo, tiene sus ventajas

Al descender la temperatura, la velocidad a la cual ocurren las reacciones químicas que mantienen la vida y que es dependiente de la temperatura, también disminuye. Por lo tanto, la reducción de la temperatura de los materiales biológicos tales como células, u organismos enteros hace que la vida se pueda “suspender” temporalmente. Gracias a este fenómeno, hoy en día es posible la preservación a temperaturas extremadamente bajas –criopreservación– de células como ovocitos o espermatozoides, incluidos embriones, lo que ha permitido grandes avances en el campo de la medicina reproductiva.

Durante los procedimientos de criopreservación, y debido a los efectos dañinos mencionados, se utilizan agentes llamados crioprotectores. Los crioprotectores son sustancias que reemplazan al agua del interior de las células, protegiéndolas. No obstante a estos conocimientos teóricos, los avances en la criopreservación de órganos completos, y/o de organismos adultos, aún no ha sido posible.

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¿Cómo sobrevive al congelamiento?

Las células de la Rana sylvatica son susceptibles a sufrir el mismo tipo de daño por congelamiento que experimentarían las células de cualquier otro animal. Por ende, al experimentar el congelamiento, sus células deberían sufrir graves daños, sin embargo, esas células y la rana en su conjunto sobreviven. Pero… ¿cómo?

Según diversas investigaciones, este sorprendente animal presenta una serie de mecanismos fisiológicos y moleculares para evitar el daño celular por procesos de congelamiento y descongelamiento. Aparentemente, el mecanismo principal de “protección” es la producción de grandes cantidades de glucosa (un tipo de azúcar), la que actuaría como un crioprotector.

Es importante aclarar que los animales tolerantes a la congelación, como la rana del bosque, sólo sobreviven a la congelación del agua que está dentro de los espacios vasculares y extracelulares, y en general, la congelación dentro de las células resulta letal.

Durante los períodos en que permanece congelada, y debido a la pérdida de circulación sanguínea, el oxígeno deja de llegar a los tejidos (hipoxia), lo que puede causar enormes daños a las células. Se ha observado que los animales que toleran el congelamiento y descongelamiento, han desarrollado mecanismos, muchos de ellos desconocidos, que le permiten minimizar los daños causados por el estrés por hipoxia (falta de oxígeno), así como también el estrés hídrico (falta de agua).

El proceso de congelamiento paso a paso

De acuerdo a los estudios científicos consultados, a medida que la temperatura del ambiente desciende, la rana experimenta diferentes cambios que se pueden resumir así:

• Cuando la temperatura ambiental se aproxima a cero grados o esta por debajo, llega un punto en que comienza el proceso de congelamiento gradual de su cuerpo. Se va formando hielo en los espacios extracelulares y fluídos corporales, incluso la sangre se congelará poco a poco.

• Al mismo tiempo que esto va sucediendo, el animal genera grandes cantidades de glucosa a partir de glucógeno acumulado en el hígado durante el verano y el otoño. Esta glucosa es enviada a todos los tejidos y se va incorporando lentamente en las células, reemplazando el agua que hay en el interior de ellas. Las células pierden agua, se van deshidratando.

Estos primeros períodos pueden durar de horas a días. Así, dentro de las células hay una especie de ‘jarabe azucarado espeso’, mientras que fuera de ellas toda el agua se irá congelando. En este punto aún late su corazón.

• Seguido de esto, disminuye la frecuencia cardíaca, su corazón late lentamente, y la circulación se pierde para todos los órganos excepto los centrales. El hielo se acumula fuera de las células en los espacios linfáticos y cavidad corporal o celómica. Se congela hasta un 65 % del total del agua que hay en su cuerpo.

• En una última etapa, las actividades musculares, pulmonares y cardíacas cesan. La rana permanecerá así hasta que se “descongele”. Es en este punto donde están la mayoría de los interrogantes. ¿Cómo es que el corazón se mantiene como un órgano con posibilidades funcionales futuras en ausencia de latido y de oxígeno?

Te dejamos este sorprendente video que muestra el camino contrario, es decir, la salida de ese estado de congelamiento. Si bien el video está en inglés, el proceso de descongelamiento puede apreciarse fácilmente.

A pesar de lo sorprendente del caso, este mecanismo de tolerancia al congelamiento no es exclusivo de esta rana, y ha sido descrito para otras tres especies de ranas, una de salamandra, y las crías de la tortuga pintada. Se trata de un rasgo complejo y multifacético, y si bien es conocido desde hace tiempo en los artrópodos y otros invertebrados, se informó de primera vez en vertebrados hace sólo unos 30 años. Qué poco sabemos aún del reino animal ¿no?

Bibliografía consultada:

-Jon P. Costanzo* and Richard E. Lee, Jr. (2013). Avoidance and tolerance of freezing in ectothermic vertebrales. The Journal of Experimental Biology, 216, 1961-1967.
-Laboratory for ecophysiological cryobiology.
-Cleveland P. Hickman, Larry S. Roberts, Frances Miller–Integrated principles of Zoology. McGraw-Hill Book Company, Inc.

A propósito de la rana del bosque, recientemente hubo un concurso de Monólogos científicos llamado “FameLab” de los cuales su ganador, Fergus McAuliffe, un científico ambiental de la Universidad de Cork, Irlanda, se llevó el primer premio al contar la historia de esta maravillosa rana. Para acceder al video (en inglés) pincha aquí.

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