La razón de ese interés es que pueden ser muy útiles para los seres humanos. Por ejemplo, si fuésemos capaces de “hibernar” de un modo similar a como lo hacen los osos, eso facilitaría notablemente los viajes espaciales tripulados de larga duración. Y no solo eso, ese conocimiento también sería de gran utilidad a la hora de criopreservar órganos humanos con el objeto de ser transplantados en plazos de tiempo menos exigentes que los actuales. También sería importante para combatir determinadas enfermedades.

Para empezar, los osos no comen nada mientras hibernan. Así pues, incluso aunque el gasto metabólico es muy bajo durante el periodo de letargo, ese gasto ha de ser satisfecho recurriendo a las reservas almacenadas previamente. Esa es la razón por la que los osos engordan de manera ostensible durante el otoño, y lo hacen a base de comer bellotas y otros productos de alto contenido en carbohidratos. Lo verdaderamente notable, no obstante, es que durante ese periodo en que utilizan las reservas previamente almacenadas, apenas pierden masa muscular. En otro orden de cosas, también sabemos que los osos que hibernan tienen en el plasma un factor que bloquea la proteolisis, esto es, se trata de una sustancia que impide el catabolismo de las proteínas. De hecho, al cultivar células musculares de ratón en un medio al que se había añadido plasma de osos hibernantes, la proteolisis se redujo en un 40%. Está claro que la identificación y caracterización de ese factor sería muy importante para combatir las peligrosas pérdidas de masa muscular que acompañan a algunos cánceres, sida, ayunos prolongados o malas prácticas alimenticias.

Además, mientras dura el letargo, y aunque no beben en ese periodo, los osos no se deshidratan. Es cierto que no eliminan orina, pero eso ya es, en sí mismo, asombroso, puesto que la elevación de la concentración sanguínea de la urea no parece producir problema ninguno. El hecho de que la urea carezca de efectos tóxicos es muy reseñable y el conocimiento del mecanismo que está en la base de esa inocuidad sería muy importante de cara a evitar o paliar el daño que producen las disfunciones renales. Los osos han de contar necesariamente con algún mecanismo gracias al cual redirigen el nitrógeno de la urea hacia la síntesis de proteínas durante ese periodo.

Otro aspecto de interés es que tampoco provoca daños la hipercolesterolemia. Como la energía que utilizan durante el letargo proviene en su mayor parte de los lípidos almacenados, los osos tienen niveles muy altos de colesterol en la sangre. Y sin embargo, ese colesterol no obstaculiza la función arterial. Tampoco tienen problemas de litiasis biliar (arenilla o cálculos biliares). Como han demostrado las investigaciones realizadas, la bilis que producen los osos durante la hibernación es capaz de deshacer los cálculos biliares humanos. De hecho, la bilis de los osos ha sido utilizada de antiguo en la medicina tradicional en Asia (en China y Corea, sobre todo). Y esa es la razón por la que la caza excesiva de osos ha llevado a esta especie a borde de la desaparición en ese continente. También se crían en condiciones de cautividad en China y en Corea, pero las sales biliares de los osos así criados carecen de un compuesto que sí tienen los osos salvajes, la colil taurina, que es el compuesto que proporciona a la bilis sus efectos más beneficiosos.

Y finalmente, hay un último misterio en relación con la hibernación de los osos cuyo esclarecimiento puede ser de gran utilidad. Estos animales llegan a estar de tres a cuatro meses sin moverse apenas, y curiosamente, no pierden masa ósea ni se debilita su osamenta. Ursus americanus, el oso de Norteamérica, puede estar hasta seis meses en letargo y sin utilizar sus huesos, sin que la geometría, fuerza y grado de mineralización de su fémur se modifiquen de forma apreciable. Parece evidente que los osos disponen de algún mecanismo biológico que les permite evitar la osteoporosis que provoca la edad y la falta de uso de los huesos. Ni que decir tiene que el descubrimiento de ese mecanismo tendría una importancia biomédica enorme.

En definitiva, en la hibernación de los osos hay una verdadera colección de misterios, misterios cuyo esclarecimiento reportaría indudables beneficios a los seres humanos.

Las ranas, si no es en los cuentos, no se transforman en princesas. Aunque si de transformaciones se trata, pocos grupos animales tienen una capacidad para transformarse como la de los anfibios. A lo largo de su vida experimentan, al igual que insectos, moluscos, crustáceos, cnidarios y equinodermos, una transformación radical. Es a lo que llamamos metamorfosis, un conjunto de cambios, anatómicos y fisiológicos, que sufren en la transición del estado larvario al estado adulto.

Una de las características de los anfibios como grupo es su gran dependencia del agua, aunque también hay excepciones a esta regla (ver “Ranas impermeables”). La dependencia del agua es muy estricta en la fase larvaria, una vez eclosionado el huevo, pues durante esa fase permanecen en medio líquido, y para más precisión habría que decir que permanecen en agua dulce; como se pudo ver en “La rana que come cangrejos”, las larvas de Fejervarya cancrivora, siendo así que los adultos viven en agua salobre o marina, depositan sus huevos en agua dulce y es en ese medio en el que viven las larvas hasta la metamorfosis.

Al ser el agua dulce el medio en que, sin excepción, viven los renacuajos, sus características anatómicas y fisiológicas son las propias de los animales adaptados a medios en los que el agua no es en absoluto limitante. Sin embargo, la situación cambia durante la metamorfosis, completamente además; para empezar, la forma cambia totalmente y también tienen lugar profundas transformaciones metabólicas, que son las que permitirán a los adultos adaptarse al medio que van a colonizar. Entre esos cambios metabólicos hay uno de particular importancia en relación con los problemas hídricos que se derivan de la transición al medio terrestre.

El hecho es que en agua dulce las larvas de los anfibios disponen de agua en abundancia, ya que su medio interno está más concentrado que el externo; se trata de una situación del todo equivalente a la de los peces de río (ver “Mira cómo beben los peces en el río…”). Pero al pasar al medio terrestre, el problema es justo el contrario, puesto que el riesgo que corren es el de perder una excesiva cantidad de agua. Por ello, han de procurar perder la mínima posible e incluso así, la mayoría permanece en zonas húmedas o donde hay agua abundante.

Pero además de eso, los anfibios también disponen de una adaptación escondida para ahorrar agua. Con la metamorfosis se produce un cambio en el modo de excreción de restos nitrogenados, ya que pasan de eliminar amonio a transformar ese amonio en urea. Se trata de un cambio que requiere una transformación metabólica de importancia, puesto que deben empezar a sintetizar cinco enzimas que son necesarias para producir la urea. Pero merece la pena tomarse la molestia, porque eliminando urea puede ahorrarse el 87% del agua que hubiera sido necesaria para excretar la misma cantidad de nitrógeno en forma de amonio. Y hay más; como vimos en “El mal olor de los tiburones”, cuando hay riesgo de desecación puede acumularse urea en el medio interno para contrarrestar ese riesgo. La urea funciona como cualquier otro soluto: se evapora menos agua de una disolución cuanto mayor es su concentración de solutos.

La rana Fejervarya cancrivora, a la que me referí en “La rana que come cangrejos”, también acumula urea en su sangre. La diferencia con otras ranas que recurren a la misma táctica es que en este caso de lo que se trata es de no perder agua por flujo osmótico, como hacen los tiburones (recordemos que Fejervarya cancrivora vive en agua marina o salobre) y en las otras ranas, se trata de no perderla por evaporación. Pero en ambos el problema a resolver es el mismo, evitar la desecación.

Lo que nos enseñan estos casos es que desde el punto de vista de la vida animal y lo que para esa vida representa el agua, los problemas a que deben hacer frente muchos animales que viven en el medio terrestre son del todo equivalentes a los que han de resolver los animales marinos.

Nota: Esta historia la he tomado de “Igela printze bihurtu?” escrita por M B Urrutia en Uhandreak.

Estas ranas quizás sustituyen la urea por otro soluto:

Los anfibios suelen encontrarse en enclaves bastante especiales, porque son muy especiales esos espacios mixtos, de transición, entre el medio acuático y el medio terrestre. Algunos, no obstante, no abandonan nunca el medio acuático y, por el contrario, también los hay cuyo modo de vida es principalmente terrestre, aunque casi todos han mantenido una gran dependencia del medio acuático. Por otro lado, el medio acuático con que se relacionan casi todas las especies de anfibios es el agua dulce. Pero hay, al menos, una excepción. Hay una rana que vive en agua salada o en agua salobre.

Se trata de una rana que vive en los manglares del sudeste asiático y que, para más señas, recibe el nombre científico de Rana cancrivora o Fejervarya cancrivora. La palabra cancrivora, en latín, quiere decir “comedora de cangrejos” y esa es la razón por la que se le ha otorgado tal nombre específico, porque se trata de una rana que se alimenta de animales de pequeño tamaño que viven en los manglares y entre ellos, parece ser que los cangrejos son los más abundantes. Esta rana sería una completa desconocida fuera de los manuales zoológicos o ecológicos más especializados si no fuese porque vive en los manglares y encontrarse, por ello, en aguas salobres.

El hecho de vivir en aguas salobres, con una concentración de sales (y osmótica) bastante alta, le plantea a la rana un problema de consideración. En principio, para poder mantener la concentración salina de su medio interno en los valores característicamente bajos de los vertebrados, la rana tiene dos opciones, la de los peces teleósteos marinos y la de los peces elasmobranquios marinos. De los teleósteos marinos me ocupé en una entrada reciente. Básicamente, lo que hacen es compensar la pérdida de agua bebiendo y expulsar las sales sobrantes. Los elasmobranquios, de los que también me ocupé en otra entrada reciente, siguen otra vía, puesto que mantienen su medio interno en equilibrio osmótico con el agua de mar acumulando un soluto orgánico (urea) en la sangre. De esa forma consiguen un equilibrio osmótico, pero sin elevar la concentración de sales inorgánicas.

Pues bien, Fejervarya cancrivora recurre a ambas estrategias. Los renacuajos se comportan del mismo modo a como lo hacen los peces teleósteos, regulando la concentración osmótica y salina de su medio interno y manteniendolas en valores relativamente bajos. Las ranas adultas, sin embargo, hacen lo que tiburones y mantas rayas. La única diferencia reseñable entre el comportamiento de los elasmobranquios y el de Fejervarya cancrivora es que ésta, en vez de reabsorber la urea en el riñón como hacen los peces, lo que hace es reducir su producción de orina.

Finalmente, merece la pena mencionar el hecho de que si bien puede considerarse una especie marina o de agua salobre, Fejervarya cancrivora no es totalmente independiente del agua dulce. Lo cierto es que deposita los huevos en agua de baja concentración osmótica y para efectuar la metamorfosis. No obstante, estos requerimientos no representan un problema de especial entidad, ya que en las zonas en que habita esta especie se producen lluvias intensas con frecuencia, por lo que abundan los charcos de agua dulce en su entorno.

Está claro que Fejervarya cancrivora tiene un ciclo de vida muy especial, y ello es debido a lo especial que es el medio en que vive. Pero también es cierto que ese medio es muy productivo, por lo que abunda el alimento en él, y a la rana comedora de cangrejos le resulta ventajoso vivir en él, aunque ello le haya supuesto tener que desarrollar un comportamiento tan singular.

Como quedó dicho en la entrada anterior, la urea es el producto final del metabolismo de las proteínas en mamíferos y algunos otros vertebrados y es excretada a través de la orina, tras haberse formado ésta por ultrafiltración de la sangre en los glomérulos renales. Expulsamos la urea por la sencilla razón de que a altas concentraciones es tóxica.

Sin embargo, los tiburones no la expulsan; de hecho, hacen lo contrario: la reabsorben en el propio riñón, haciendo que pase de la orina recién formada a la sangre. Ese es el mecanismo mediante el que se eleva tanto la concentración de urea en la sangre de los elasmobranquios; puede llegar a ser hasta 100 o 200 veces más alta que en la sangre de mamíferos, concentraciones que para éstos serían insoportables. En los elasmobranquios, sin embargo, la urea es un compuesto común en todos los fluidos corporales y, de hecho, surgen problemas en los tejidos si su concentración disminuye. Sirva el siguiente apunte a modo ilustrativo: como el de muchos otros animales, el corazón del tiburón puede seguir latiendo largo tiempo una vez ha sido extraído del cuerpo, siempre que se mantenga en un medio que reproduzca las condiciones propias del medio interno del animal; ahora bien, si de ese medio se retira la urea, el corazón se deteriora y en muy poco tiempo deja de latir.

¿Cómo es posible que una sustancia que es tóxica para casi todos los animales sea esencial para el normal funcionamiento de los organismos de los elasmobranquios? ¿Cómo es posible que si unos animales deben excretarla, puedan evitar otros sus efectos dañinos? Es de sobra conocido que la urea desestabiliza las proteinas, y muy en especial, las enzimas.

Una posible respuesta a las preguntas anteriores es que, quizás, en el curso de la evolución los elasmobranquios se han dotado de enzimas que disponen de alguna forma de protección frente a los efectos de la urea. Recordemos, en ese sentido, que el pez globo es inmune a los efectos, letales para otros animales, de la tetrodotoxina. Sin embargo, no parece que las enzimas de los elasmobranquios tengan ninguna característica especial. Lo que ocurre es que, junto con la urea, los elasmobranquios acumulan óxido de trimetil amina (OTMA), sustancia que neutraliza los efectos nocivos de aquélla[1]. Parece ser, además, que el efecto neutralizante resulta óptimo cuando la ratio de concentraciones urea:OTMA es 2:1, ratio que es la que suele encontrarse en las especies que hacen uso de estos compuestos para evitar problemas osmóticos.

Nota: Esta historia me la contó mi compañera Miren Bego Urrutia, y yo la he tomado del blog Uhandreak, donde ella la había escrito.

El ión amonio (NH₄⁺) es el último resto nitrogenado del metabolismo de las proteinas. Todos los animales producen amonio continuamente y como resulta que es una sustancia muy tóxica, han de deshacerse de ella puesto que no se puede permitir que se acumule en los fluidos internos. Por otro lado, dada su alta toxicidad, el amonio debe encontrarse disuelto en grandes volúmenes de agua para ser eliminado. Ahora bien, cuando los animales en cuestión disponen de recursos hídricos escasos, lo que hacen es que transforman el amonio en otra molécula de menor toxicidad, para cuya eliminación necesitan mucha menos agua. Los mamíferos transformamos el amonio en urea, y aves e insectos en ácido úrico, e incluso hay otras moléculas nitrogenadas que cumplen esa misma función excretora en otros grupos animales. Dado que la cantidad de agua que se requiere para eliminar una u otra molécula es diferente, el que unas especies dispongan de una u otra guarda estrecha relación con las condiciones hídricas en que se desenvuelve cada especie. Así, la mayor parte de las especies que disponen de abundante agua en su entorno eliminan directamente el amonio al medio externo y las que viven en medios áridos o de escasa disponibilidad de agua suelen eliminar los restos nitrogenados en forma de ácido úrico. Y los que nos encontramos en condiciones intermedias recurrimos a la urea.

Así pues, y aunque no son las únicas moléculas con esa función, urea y ácido úrico son las moléculas nitrogenadas cuyo uso se encuentra más extendido en el reino animal para eliminar el nitrógeno. Pero además de la excretora, tanto urea como ácido úrico pueden desempeñar otras funciones. Este es el caso del uso que hacen de la urea los peces elasmobranquios y los miembros de otros grupos pequeños de animales acuáticos, que acumulan urea en su sangre a concentraciones relativamente altas. Se trata de animales bastante especiales, y casi todos son marinos. Ejemplos característicos de los elasmobranquios son tiburones, peces martillo, mantas rayas y especies similares; aunque se trata de un grupo importante, no cuenta, ni de lejos, con la abundancia de especies con que cuenta el grupo mayoritario de peces, el de los teleósteos. Y en lo que los pequeños grupos se refiere, se trata de los celacantos[1] y las quimeras[2].

Pero volvamos a la urea. La función que cumple esta sustancia en la sangre de estas especies es la de que la concentración osmótica del medio interno del animal (la sangre) alcance el mismo valor que la del medio externo (el agua de mar); esto es, cumple una función puramente osmótica.

Cuando dos fluidos con diferente concentración osmótica (diferente concentración de solutos) se hallan en compartimentos separados por una membrana o barrera que permite el paso del agua, ésta fluirá del compartimento con menor concentración osmótica al compartimento con mayor concentración. La sangre de elasmobranquios, quimeras y celacantos se encuentra a la misma concentración osmótica que el agua de mar, por lo que no hay flujo de agua en ninguna dirección, pero la igualdad osmótica no está basada en el mismo tipo de solutos. Como ya se ha dicho, los solutos presentes en el agua de mar son sales inorgánicas (cloruro sódico, principalmente), mientras que la concentración de estas sustancias en la sangre de los peces es muy inferior. Por ello, el acumular una sustancia que permite igualar la concentración total de solutos del interior y del exterior del organismo resulta ser la solución que evita que se produzca flujo de agua del organismo hacia el exterior. En los peces teleósteos, como vimos en la entrada anterior, la solución a ese problema es diferente y supone una más amplia batería de mecanismos fisiológicos, pero en estas especies la solución es verdaderamente simple. Para hacernos una idea de lo que representa la urea en el conjunto de solutos sanguíneos de los tiburones, reparemos en el hecho de que contribuyen a la concentración osmótica toal de la sangre de estos animales en una proporción de entre un 30 y un 40%. Por ello, no debe sorprender el mal olor habitual de las lonjas en que se venden tiburones y especies similares.

Pero esta historia no ha acabado aún. Algunos elasmobranquios marinos penetran en los ríos y otros son dulceacuícolas. ¿Qué ocurre con la sangre de estos animales? Ocurre lo que cabía esperar, como veremos a continuación. El tiburón toro (Carcharhinus leucas) es marino, pero acostumbra a entrar en los ríos, y lo propio hace el pez perro (Squalus acanthus). Pues bien, en ambos desciende la concentración sanguínea de urea al penetrar en los ríos. No desciende tanto como para llegar a igualar las concentraciones interna y externa, pero sí lo suficiente como para disminuir de forma importante el gradiente (diferencia) osmótico y evitar que el agua dulce invada el medio interno.

Por otro lado, también hay elasmobranquios de agua dulce, aunque son muy pocos. Uno de ellos es la manta raya del Congo (género Dasyatis) y otro vive en los ríos de la Amazonia (género Potamotrygon). El primero tiene una concentración de urea en sangre que es la mitad de los equivalentes marinos y el segundo ha eliminado completamente la urea de su interior. No creo que Pomatotrygon tenga mal olor, pero si lo tuviese, lo que es seguro es que no se debería a la urea.