Hace tiempo, en otra entrada, expliqué cómo se adaptan algunas especies animales a la vida a temperaturas bajo cero. Aquellas especies evitan la congelación de sus fluidos corporales, una respuesta que en inglés recibe la denominación “freeze avoidance”. La razón por la que evitan la formación de hielo es porque los cristales de hielo dañan las membranas y orgánulos celulares. Lo hacen acumulando en los fluidos corporales solutos orgánicos, lo que provoca un descenso en el punto de congelación. En definitiva, que utilizan sustancias similares a los anticongelantes que ponemos en invierno en los radiadores de los coches, pero con la diferencia de que las sustancias en cuestión las producen ellos mismos.

En la naturaleza también hay animales que toleran la congelación (“freeze tolerant”) y no me refiero a animales que toleran eventos de congelación ocasionales, sino congelaciones que tienen relevancia ecológica. Los animales “freeze tolerant” afrontan periodos de congelación con carácter periódico, cada año al llegar el invierno. Durante días o semanas un porcentaje significativo de sus fluidos corporales (entre el 50 y el 70% en la mayoría de los casos) permanece congelado. Durante ese periodo de tiempo casi todas las funciones del animal se detienen. Se encuentran en la condición más próxima posible a la muerte. ¿Cómo consiguen evitar o limitar los daños que causa el hielo?

Para empezar, sólo permiten la formación de hielo en los líquidos extracelulares. Cuando empiezan a formarse cristales de hielo fuera de las células, se eleva la concentración de solutos del líquido que permanece en ese estado. En cierto modo, podría decirse que el hielo “secuestra” agua y al quedar los solutos disueltos en un volumen menor, la concentración resultante es mayor y mayor, a su vez, que la del interior de las células. Como consecuencia de ello, hay un flujo osmótico de agua del interior al exterior de las células, hacia los líquidos extracelulares. Así pues, las células sufren una cierta deshidratación y podríamos decir que se “arrugan”. Pero esa deshidratación tiene efectos positivos, ya que conlleva una elevación de la concentración de solutos dentro de las células, lo que evita, a su vez, que se formen cristales de hielo en ellas.

Además de lo anterior, los animales “freeze tolerant” utilizan sustancias protectoras para mantener a las membranas y orgánulos celulares a salvo de los daños que puede causar el hielo. Esa tarea suele corresponder al glicerol o alcoholes polihídricos similares, así como a azúcares. El efecto protector del glicerol en procesos de congelación es conoccido desde hace tiempo, y esa es la razón por la que se utiliza con ese propósito para mantener distintos tipos de células congeladas; es el caso, por ejemplo. del esperma que se almacena congelado para realizar, posteriormente, fecundaciones in vitro.

Otro aspecto reseñable en los eventos de congelación en condiciones naturales es que, en cierto modo, se trata de procesos dirigidos; no ocurren de cualquier forma. Algunos animales utilizan los denominados “ice nucleating agents” (INA), sustancias que provocan la aparición de cristales de hielo a su alrededor; se trata, normalmente, de proteínas de pequeño tamaño muy hidrofílicas, ricas en ácidoglutámico o en el aminoácido glutamina. Esas sustancias parecen “guíar” la formación de hielo o, al menos, determinan en qué parte del organismo y en qué momento se inicia la aparición de los cristales, controlando de esa forma que la congelación curse de forma gradual.

Estas adaptaciones se han observado principalmente en invertebrados, como algunos insectos (en larvas y pupas de coleópteros, dípteros, himenópteros y lepidópteros, así como en algunos adultos) y centípedos (artrópodos), así como en invertebrados intermareales, principalmente gasterópodos, anélidos y nemátodos. Hay que decir, no obstante, que este tipo de adaptaciones es relativamente excepcional y que en el mundo animal está mucho más extendido el mecanismo consistente en evitar la congelación.

Algunos de los insectos que han sido estudiados en su medio son la avispa parásita Bracon cephi, la oruga del Ártico Gynaephora groenlandica y la larva de la mosca Eurostata solidaginis. En las larvas de avispas del género Bracon que pasan el invierno en los campos helados del Canadá, el glicerol puede alcanzar una concentración del 25-30% en los fluidos corporales; en primavera, sin embargo, se reduce de forma importante esa concentración. Por otro lado, se ha observado que las larvas de las poblaciones de Eurostata pueden permanecer congeladas durante doce semanas; empiezan a producir glicerol a partir de medidados de noviembre, y para ello se requiere que hayan transcurrido al menos seis días a temperaturas inferiores a los 5ºC. En estudios realizados en el laboratorio con ejemplares del mismo género se ha comprobado que a la elevación inicial de la concentración de glicerol sigue una subida de la concentración de otra sustancia crioprotectora, el sorbitol. Por lo visto, en estas especies el frío activa la fosforilasa de glucógeno del cuerpo graso, y es la actividad de esa enzima la que desencadena la producción de glicerol y sorbitol a partir de glucógeno. Las orugas del género Gynaephora, por su parte, pueden permanecer congeladas durante diez meses a temperaturas inferiores a -50ºC. El 99’5% de sus 14 años de vida transcurre en fase larvaria, ya que como pupa y adulto no duran más de quince días. Pues bien, durante el 80% de su vida larvaria se encuentran congelados. Tienen una niñez muy prolongada, eso está claro, aunque eso, en gran medida, se lo deben al hielo. ¡No parece que merezca mucho la pena!

Nota: esta historia es la tradución del post publicado por M. B. Urrutia en vasco en nuestro blog Uhandreak