Los verdaderos “Walt Disney” de la naturaleza

Todos conocemos la famosa leyenda urbana sobre que el cuerpo de Walt Disney se encuentra congelado esperando que lo devuelvan a la vida en algún momento. Pues si esta historia fuese real, la naturaleza, una vez más, tendría la clave.

Los protagonistas de hoy son los ectotermos o poiquilotermos, animales cuya temperatura corporal varía en función de las condiciones de temperatura del medio donde se encuentran. Esto es, su temperatura corporal aumenta en los ambientes cálidos y disminuye en ambientes fríos (siempre dentro de unos límites, por supuesto). Dentro de este grupo encontramos a muchas especies de reptiles, anfibios, peces o insectos. Por otro lado están los endotermos que, a pesar de las variaciones externas de temperatura, presentan una serie de mecanismos de regulación del metabolismo que les permiten mantener una temperatura interna constante.Pero si la temperatura corporal de los ectotermos varía con la ambiental, es lógico pensar que aquellos que vivan en ambientes muy fríos, cercanos o por debajo de temperaturas bajo cero, correrían el riesgo de que sus líquidos corporales se congelasen. Como se suele decir, la naturaleza es sabia, y estos animales presentan mecanismos para mitigar los efectos que estas temperaturas provocan sobre la estructura macromolecular y el metabolismo.

Por un lado, algunos animales optan por evitar el problema: modifican su conducta para evitar aquellos ambientes en donde predominan las condiciones de congelación.  Por ejemplo, muchas especies de ranas, tortugas y cangrejos de río se trasladan a aguas más profundas en invierno, en donde, aunque las temperaturas siguen siendo muy bajas, el agua no llega a congelarse.

Otras especies, por el contrario, sí se exponen a estas condiciones, adaptándose a la congelación mediante diferentes mecanismos fisiológicos:

  • Producción de moléculas anticongelantes (no toleran la congelación).
  • Superenfriamiento (no toleran la congelación).
  • Tolerancia a la congelación.

Como habrás deducido hasta el momento, la congelación en los líquidos corporales (tanto intracelulares como extracelulares) se manifiesta con la formación de cristales de hielo. Pues bien, la velocidad con la que varía la temperatura (velocidad de congelación) es clave para aquellos animales que toleran la congelación.

Cuando la congelación se produce de forma lenta, es decir, la temperatura desciende poco a poco, el agua de los líquidos extracelulares empieza a transformarse en cristales de hielo. Como el agua tiende a congelarse de forma pura, dentro de estos cristales no quedan incluidos los solutos que se encuentran en este medio. Esto provoca que se rompa el equilibrio osmótico que mantienen todas las células con su medio extracelular: se produce un aumento de la concentración de solutos en el medio extracelular que provoca la salida de agua desde el interior celular hacia afuera (proceso autolimitante, porque el agua saldrá sólo hasta igualar la concentración de solutos con el exterior). Esta pérdida, dentro de ciertos límites, es beneficiosa y clave para  hacer frente a estos cristales de hielo como veremos más adelante. Por otro lado, en el medio extracelular no todo el agua acabará transformándose en cristales de hielo, este proceso también es autolimitante ya que, el agua del líquido extracelular se congelará sólo hasta que el punto de congelación del líquido congelado desciende tanto que puede equipararse a la temperatura existente en el momento, lo que determina la existencia de un equilibrio entre los cristales de hielo y el líquido concentrado.

Por el contrario, si la temperatura desciende muy rápido, no habría tiempo a que el agua saliese de las células y se acabarían por formar cristales de hielo en el interior celular, dañándolas.

En definitiva, como el punto de congelación de un líquido disminuye conforme aumenta la concentración de solutos, no se forman cristales de hielo en el interior celular. Por ello, los animales que toleran la congelación lo hacen porque permiten la formación de cristales de hielo en el medio extracelular a costa de que estos no se formen en el interior de sus células.

Un ejemplo muy típico de este mecanismo de protección es el de la rana del bosque (Lithobates sylvaticus). Echad un vistazo a este video.

Lithobates sylvaticus o rana del bosque (Fuente: Wikimedia Commons)

Lithobates sylvaticus o rana del bosque (Fuente: Wikimedia Commons)

Otra forma de hacer frente a estos ambientes es mediante el sobreenfriamiento, que permite que los fluidos corporales puedan ser enfriados a una temperatura inferior a su punto de congelación pero sin llegar a congelarse, puesto que no se forman los cristales de hielo. Todo esto se consigue gracias a las propiedades coligativas de las soluciones, es decir, gracias a que el aumento de la concentración de solutos disminuye la temperatura a la cual se forman los cristales.

 Los mecanismos de sobreenfriamiento son muy variados:

  • Prevenir el contacto con nucleadores externos : muchos de los animales que viven en ambientes muy fríos, como en el caso de los peces árticos, lo hacen a varias profundidades de la superficie ya que el mínimo contacto con un nucleador de hielo (“semilla” mecánica que desencadena la formación de un cristal de hielo) provocaría la congelación rápida de todo el fluido corporal.
  • Eliminación de nucleadores del cuerpo: como particulas de alimentos o bacterias que pueden contribuir a la formación de hielo en su interior.
  • Inhibir la formación de hielo con proteínas anticongelantes: es la inhibición específica de partículas de hielo. Estas proteínas se unen a las caras de los cristales en formación evitando su crecimiento.
  • Aumento de la concentración de solutos: muchas especies de montaña acompañan la síntesis de anticongelantes con la de grandes cantidades de azúcares, glucógeno, glicerol, etc.

Algunos de los animales que producen proteínas anticongelantes son: muchas especies de peces teleósteos de latitudes polares o subpolares (por ejemplo Pseudopleuronectes americanus) o el escarabajo de Alaska (Upis ceramboides), el cuál soporta temperaturas de hasta -37 ºC.

Upis ceramboides o escarabajo de Alaska (Fuente: Creative Commons)

Upis ceramboides o escarabajo de Alaska (Fuente: Creative Commons)

Pseudopleuronectes americanus (Foto por Lavan, J.)

Pseudopleuronectes americanus (Foto: Lavan, J.)

El caso más extremo en protección frente a la congelación lo presenta el llamado “oso de agua”, un tardígrado considerado el animal más resistente del planeta. Os recomiendo que leáis sobre ellos porque es realmente interesante la cantidad de situaciones de estrés a las que pueden hacer frente.

Agradecimientos.-

A Rocío Esteban Gil, Magdalena Gil Guardiola y Ana Belén Gracia Pastor, todas ellas estudiantes de la Facultad de Biología.

Bibliografía y enlaces de interés.-

 

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3 pensamientos en “Los verdaderos “Walt Disney” de la naturaleza

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