Por el Dr. Elio M Rivera
En los bosques fríos de Norteamérica ocurre cada invierno algo que parece incompatible con la vida. Debajo de hojas secas y restos vegetales, una pequeña rana puede quedar expuesta a temperaturas inferiores al punto de congelación. Poco a poco comienza a formarse hielo alrededor de su cuerpo y también en algunos espacios internos. Su corazón deja de latir, la respiración se detiene y durante un tiempo el animal muestra muy pocas señales visibles de actividad.
Si algo semejante ocurriera en un ser humano, las consecuencias serían devastadoras. La formación de hielo puede romper estructuras celulares, alterar membranas y producir graves daños en los tejidos. Sin embargo, la rana de madera (Lithobates sylvaticus) posee mecanismos fisiológicos que le permiten tolerar una congelación parcial y recuperar posteriormente sus funciones cuando aumenta nuevamente la temperatura.
La rana no permanece completamente congelada como un bloque sólido. Una parte importante del agua corporal puede convertirse en hielo, principalmente fuera de las células, mientras mecanismos bioquímicos ayudan a mantener protegidos los espacios celulares donde la formación de cristales sería especialmente peligrosa. Su supervivencia depende de controlar dónde se forma el hielo, proteger las células y mantener reservas suficientes para reanudar la actividad cuando llega el deshielo.
La rana de madera, cuando el invierno parece detener la vida
El libro de Job describe con admiración el frío y la formación del hielo:
“¿De qué vientre salió el hielo? Y la escarcha del cielo, ¿quién la engendró? Las aguas se endurecen a manera de piedra, y se congela la faz del abismo.”
(Job 38:29-30)
Para muchos animales, la llegada de temperaturas bajo cero requiere buscar refugios donde el agua corporal no llegue a congelarse. Algunos migran, otros utilizan madrigueras profundas y muchas especies reducen considerablemente su actividad. La rana de madera posee una estrategia diferente: puede tolerar que parte del hielo realmente se forme.
Esta capacidad no significa que el frío deje de representar un peligro. El organismo solamente puede sobrevivir dentro de determinados límites de temperatura, duración y proporción de congelación. Lo extraordinario es que posee respuestas fisiológicas capaces de convertir una situación normalmente destructiva en un estado temporal del cual puede recuperarse.
El verdadero peligro de congelarse
El agua constituye gran parte del cuerpo de los animales. Se encuentra dentro de las células, alrededor de ellas y formando parte de la sangre y otros líquidos corporales. Cuando el agua se congela aumenta su organización en estructuras cristalinas, y estos cristales pueden producir daños físicos.
La formación de hielo dentro de una célula resulta particularmente peligrosa. Puede alterar membranas, proteínas y estructuras internas necesarias para mantener la vida. Por ello, la rana necesita limitar cuidadosamente dónde ocurre la congelación.
Durante el descenso de temperatura, el hielo comienza principalmente en los líquidos extracelulares. Conforme parte del agua externa se transforma en hielo, aumenta la concentración de sustancias disueltas en el líquido que todavía permanece sin congelar. Esto modifica el movimiento del agua entre el interior y el exterior de las células.
Una parte del agua sale entonces de las células, ayudando a reducir la posibilidad de que se formen grandes cristales de hielo dentro de ellas.
La rana pierde temporalmente agua celular, pero evita un problema mucho más peligroso.
El hígado libera una enorme cantidad de glucosa
Cuando comienza la congelación ocurre una de las respuestas más importantes del organismo. El hígado transforma rápidamente sus reservas de glucógeno en glucosa y libera grandes cantidades hacia la sangre.
La glucosa se distribuye después hacia diferentes tejidos.
Normalmente pensamos en este azúcar principalmente como combustible energético. En la rana de madera cumple además una función extraordinaria como crioprotector, es decir, una sustancia que ayuda a proteger las células durante la congelación.
Al aumentar considerablemente su concentración, la glucosa modifica las propiedades de los líquidos celulares, favorece la retención de agua dentro de las células y ayuda a estabilizar membranas y proteínas.
Una molécula utilizada habitualmente para obtener energía participa ahora en la protección frente al hielo.
La glucosa funciona como un anticongelante biológico, pero no impide todo el hielo
A veces se compara la glucosa con el anticongelante utilizado en un automóvil. La comparación ayuda a comprender parte de su función, pero existe una diferencia importante.
La rana no evita completamente que su cuerpo se congele.
Si eso ocurriera, hablaríamos de una estrategia destinada simplemente a mantener líquidos todos sus tejidos. En realidad, permite que cierta cantidad de hielo se forme mientras protege las células más vulnerables.
Por ello resulta más correcto pensar en la glucosa como una sustancia que limita los daños asociados con la congelación, en lugar de imaginar que mantiene todo el organismo líquido.
El sistema no lucha simplemente contra el hielo. Lo controla.
También interviene la urea
La glucosa no trabaja sola. Otro compuesto que puede aumentar en la rana de madera antes y durante los períodos fríos es la urea.
En muchos animales la urea se conoce principalmente como un producto derivado del metabolismo que finalmente debe eliminarse. Sin embargo, en esta rana puede acumularse y contribuir también a la protección de los tejidos.
La combinación de diferentes moléculas ayuda a mantener la estabilidad celular durante condiciones que normalmente resultarían extremadamente dañinas.
Una vez más, una sustancia puede cumplir funciones diferentes dependiendo del contexto fisiológico.
El corazón puede dejar de latir
A medida que progresa la congelación, la circulación disminuye.
Finalmente, el corazón puede detenerse.
La rana deja también de realizar los movimientos respiratorios habituales.
Durante este estado el metabolismo se reduce enormemente y muchas funciones que normalmente asociamos inmediatamente con la vida quedan suspendidas o disminuidas a niveles muy bajos.
Esto no significa que las células estén muertas. Permanecen en un estado de actividad reducida, utilizando los recursos disponibles con enorme economía.
La capacidad de disminuir el metabolismo es fundamental porque durante la congelación no existe una circulación normal capaz de llevar continuamente oxígeno y nutrientes hacia todos los tejidos.
Vivir temporalmente con muy poco oxígeno
El cerebro, los músculos y otros órganos deben tolerar condiciones que serían peligrosas para muchos vertebrados.
Cuando la circulación se detiene, disminuye drásticamente el transporte de oxígeno. Las células necesitan entonces modificar su metabolismo y reducir sus demandas energéticas.
Diversos sistemas bioquímicos ayudan a limitar daños durante este período de baja disponibilidad de oxígeno.
La supervivencia depende, por tanto, de mucho más que evitar que las células se rompan por el hielo. El organismo también debe soportar temporalmente un funcionamiento cardiovascular y respiratorio extremadamente reducido.
El cuerpo se convierte parcialmente en hielo
En condiciones apropiadas, una proporción considerable del agua corporal de la rana puede congelarse.
El hielo aparece principalmente en espacios extracelulares y determinadas cavidades, mientras las células permanecen protegidas por los cambios osmóticos y la presencia de sustancias crioprotectoras.
El animal se vuelve rígido.
No salta.
No come.
Su respiración deja de ser visible y el corazón puede permanecer detenido.
Desde el exterior parece que la vida se ha apagado.
Pero dentro de sus tejidos continúan existiendo células protegidas y mecanismos preparados para responder cuando las condiciones cambien.
Entonces llega el deshielo
Cuando la temperatura del ambiente aumenta, el hielo comienza a derretirse.
Este momento resulta tan delicado como la congelación.
El agua debe regresar gradualmente hacia los compartimentos apropiados, las concentraciones químicas deben normalizarse y los órganos necesitan reiniciar sus funciones sin sufrir daños por cambios demasiado abruptos.
La circulación comienza a recuperarse y el corazón vuelve a latir. Posteriormente se restablecen la respiración y otros procesos fisiológicos.
Con el paso del tiempo, la rana recupera movilidad.
El animal que parecía completamente inmóvil vuelve a desplazarse.
Despertar exige coordinación
Reanudar las funciones corporales no consiste simplemente en calentar el animal.
Durante la congelación ocurrieron cambios importantes en el agua corporal, la concentración de glucosa, la circulación y el metabolismo. El organismo debe revertirlos de manera ordenada.
La sangre vuelve a distribuirse. Las células recuperan agua. Los productos metabólicos acumulados necesitan procesarse y los tejidos deben recibir nuevamente oxígeno.
La recuperación requiere coordinación entre hígado, corazón, vasos sanguíneos, riñones, sistema nervioso y células de todo el organismo.
Sobrevivir a la congelación exige tanto un mecanismo para entrar en ese estado como otro para salir de él.
El lugar donde pasa el invierno también importa
La rana de madera suele pasar el invierno protegida debajo de hojas, materia vegetal y otros refugios cercanos a la superficie del suelo.
Esto puede parecer peligroso porque esos lugares pueden alcanzar temperaturas inferiores al punto de congelación. Sin embargo, la capa de hojas y, posteriormente, la nieve pueden proporcionar cierto aislamiento frente a condiciones todavía más extremas.
La elección del refugio forma parte de la estrategia.
La fisiología posee límites, y el comportamiento ayuda a mantener al animal dentro de ellos.
Una rana capaz de tolerar congelación continúa necesitando un ambiente adecuado para sobrevivir al invierno.
Una preparación que comienza antes del frío extremo
La capacidad para pasar el invierno no aparece repentinamente cuando el primer cristal de hielo toca el cuerpo.
Cambios estacionales en metabolismo, reservas energéticas y sustancias protectoras preparan al organismo para las condiciones que se aproximan.
El hígado necesita disponer de glucógeno suficiente para liberar rápidamente la glucosa necesaria. Otros tejidos modifican su fisiología y el metabolismo general comienza a ajustarse.
La supervivencia depende de estar preparado antes de que llegue el momento crítico.
Congelarse sin convertirse completamente en hielo
Existe una diferencia importante entre la rana de madera y un organismo completamente congelado.
No toda el agua corporal se transforma en hielo. Ciertas regiones permanecen líquidas y las células mantienen componentes internos necesarios para conservar su viabilidad.
El objetivo fisiológico no es congelar todo el cuerpo de manera uniforme, sino tolerar una proporción considerable de hielo mientras se evita la cristalización destructiva en lugares sensibles.
Este equilibrio es fundamental.
Demasiada congelación puede resultar mortal. Muy poca protección celular también.
La vida se mantiene dentro de límites precisos.
Una pequeña rana capaz de vivir muy al norte
La rana de madera posee una amplia distribución en América del Norte y puede encontrarse en regiones donde los inviernos son intensos. Algunas poblaciones habitan áreas de Alaska y Canadá sometidas a períodos prolongados de frío.
Los investigadores han descubierto que la tolerancia puede variar entre poblaciones según las condiciones donde viven. Algunas son capaces de soportar temperaturas y períodos de congelación más exigentes que otras.
Esto permite estudiar cómo diferentes factores fisiológicos contribuyen a la supervivencia en ambientes fríos.
La rana se ha convertido así en un importante modelo para comprender criobiología, metabolismo y tolerancia a condiciones extremas.
Lo que esta rana puede enseñar a la medicina
Comprender cómo determinados tejidos sobreviven períodos con circulación reducida y bajas temperaturas resulta interesante para varias áreas de investigación médica.
La preservación de órganos para trasplantes, por ejemplo, enfrenta un problema fundamental: los tejidos comienzan a deteriorarse cuando dejan de recibir sangre y oxígeno.
Estudiar animales capaces de reducir drásticamente su metabolismo y tolerar períodos de congelación puede proporcionar información acerca de mecanismos celulares protectores.
Esto no significa que los científicos puedan congelar actualmente a una persona y despertarla posteriormente como ocurre con la rana. La fisiología humana es completamente diferente y la congelación de nuestro organismo produciría daños graves.
El valor científico consiste en comprender principios celulares que algún día podrían contribuir a mejorar métodos de preservación de tejidos y órganos.
Una estrategia diferente a escapar del invierno
Muchas criaturas responden al frío buscando temperaturas más cálidas. Algunas aves migran grandes distancias y numerosos mamíferos utilizan madrigueras o desarrollan gruesas capas aislantes.
La rana de madera muestra otra posibilidad.
No necesita escapar completamente del hielo.
Su organismo está preparado para tolerarlo dentro de ciertos límites.
Esta diversidad de estrategias hace que el estudio de la creación resulte especialmente fascinante. Ante un mismo desafío ambiental, diferentes criaturas poseen soluciones completamente distintas.
La maravilla ocurre dentro de las células
A simple vista, una rana congelada puede parecer solamente un pequeño cuerpo rígido bajo las hojas.
La verdadera historia ocurre a escala microscópica.
El agua cambia de compartimento. La glucosa aumenta rápidamente. Las membranas celulares necesitan conservar su integridad. Las proteínas deben continuar siendo funcionales y el metabolismo tiene que reducirse sin apagarse de manera irreversible.
Miles de millones de células enfrentan simultáneamente el mismo desafío.
Después, cuando aumenta la temperatura, todos esos procesos deben comenzar a revertirse.
Lo extraordinario no es solamente que la rana sobreviva.
Es la cantidad de mecanismos que deben funcionar correctamente para hacerlo posible.
Una criatura que nos invita a contemplar
El libro de Job declara: “Y en efecto, pregunta ahora a las bestias, y ellas te enseñarán” (Job 12:7). La rana de madera constituye una magnífica respuesta a esa invitación.
La Biblia no pretende describir crioprotectores, explicar el movimiento osmótico del agua o analizar el metabolismo celular durante la congelación. Estas preguntas corresponden a disciplinas como la zoología, la bioquímica y la fisiología.
Las Escrituras nos invitan, sin embargo, a reconocer la sabiduría presente en aquello que observamos:
“¡Cuán innumerables son tus obras, oh Jehová! Hiciste todas ellas con sabiduría; la tierra está llena de tus beneficios.”
(Salmo 104:24)
La rana de madera nos permite contemplar esa sabiduría en un lugar inesperado. Cuando el invierno llega, parte de su agua corporal se convierte en hielo, el corazón puede detenerse y la respiración queda suspendida. Sin embargo, el hígado libera grandes cantidades de glucosa, las células modifican su contenido de agua, el metabolismo disminuye y los tejidos permanecen protegidos dentro de límites cuidadosamente regulados.
Cuando vuelve el calor, el proceso comienza a invertirse. El hielo se derrite, la circulación se restablece, el corazón recupera su actividad y el pequeño anfibio vuelve a moverse entre las hojas del bosque.
Desde la perspectiva bíblica, conocer estos mecanismos no elimina el asombro; lo aumenta. La rana de madera nos recuerda que incluso bajo el hielo pueden existir sistemas extraordinarios preparados para preservar la vida. Donde nuestros ojos ven un pequeño cuerpo inmóvil, en su interior ocurre una compleja coordinación de química, fisiología y regulación que nos permite contemplar otra maravillosa expresión de la sabiduría del Creador.
Referencias
Escrituras consultadas
- Job 12:7-10.
- Job 37:6-10.
- Job 38:29-30.
- Salmo 104:24.
- Salmo 147:16-18.
- Proverbios 3:19.
Bibliografía científica
- Storey, K. B. & Storey, J. M. Investigaciones sobre tolerancia a la congelación y metabolismo en la rana de madera.
- Costanzo, J. P. & Lee, R. E. Estudios sobre criobiología, supervivencia invernal y fisiología de Lithobates sylvaticus.
- Sinclair, B. J. Estudios comparativos sobre tolerancia al frío en animales.
- Hill, R. W., Wyse, G. A. & Anderson, M. Animal Physiology. Sinauer/Oxford University Press.
- Campbell, N. A. et al. Campbell Biology. Pearson.
Investigación científica especializada
- Storey, K. B. & Storey, J. M. Estudios sobre producción de glucosa, regulación metabólica y mecanismos crioprotectores durante la congelación.
- Costanzo, J. P. y colaboradores. Investigaciones experimentales sobre formación de hielo, deshidratación celular y recuperación posterior al deshielo.
- Larson, D. J. y colaboradores. Estudios sobre tolerancia extrema a la congelación en poblaciones septentrionales de ranas de madera.
- Investigaciones sobre acumulación de urea y su función protectora durante períodos fríos.
- Estudios de fisiología comparada sobre circulación, anoxia y reducción metabólica durante la congelación.
Organizaciones y recursos científicos
- National Science Foundation. Investigación sobre fisiología de organismos tolerantes al frío.
- Smithsonian Institution. Recursos científicos sobre anfibios y fisiología animal.
- University of Miami, Ohio. Investigaciones sobre criobiología y tolerancia a la congelación en anfibios.
- University of Alaska. Estudios sobre poblaciones septentrionales de rana de madera y supervivencia bajo condiciones extremas.
- AmphibiaWeb, University of California, Berkeley. Información científica sobre distribución y biología de Lithobates sylvaticus.
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