¿Qué es la hibernación y como hacen estos animales para congelarse durante meses?

Hace años, un profesor de mi universidad sorprendió a su clase con una demostración: la presentación de una rana de madera que aún estaba viva pero congelada. De repente, la lanzó contra la pared y se hizo pedazos. Todos se quedaron boquiabiertos.

Momentos después, explicó que en realidad no había lanzado al animal. Para conseguir un efecto dramático, había cambiado la rana por un trozo de hielo. Pero el objetivo era ilustrar que una rana de madera se congela como el hielo para sobrevivir al invierno. Luego, se descongela de nuevo en primavera.

La rana de madera es uno de los animales que se congelan más estudiados. Cuando las temperaturas bajan en otoño, se acurruca en las hojas y deja que el frío penetre en su cuerpo hasta que sucumbe por completo: corazón, cerebro, todo. Pero no es la única especie que esencialmente muere y luego vuelve a la vida. 

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Miles de larvas de insectos se congelan y descongelan, y algunas van y vienen cada día dependiendo del tiempo. Las jóvenes tortugas pintadas consiguen congelarse sin los mismos métodos que la rana de madera. Y luego están los tardígrados, que se deshidratan por completo y esperan a la primavera.

"La razón por la que se congelan es para ampliar su área de distribución más al norte o a mayor altura, como la cima de una montaña", señala Kenneth Storey, profesor de bioquímica de la Universidad de Carleton en Ottawa (Canadá), quien estudia la tolerancia a la congelación.

"Puedes conseguir un mejor nicho en el mundo si te puedes congelar".

Los azúcares, la clave de la hibernación

 "Así que aquí está la rana de madera (Lithobates sylvaticus), es líquida, está saltando alrededor, entonces el hielo viene sobre ella desde el exterior", dice Storey. "Su piel se congela un poco y luego el hielo penetra en la rana a través de las venas y las arterias".

Desde entonces, el escenario se enrarece. Los ojos de la rana se vuelven vidriosos, su cerebro se congela y el hielo empuja la sangre hacia el corazón antes de que, finalmente, este órgano también se solidifique como una roca.

Esta transición requiere cambios importantes en la bioquímica. Las moléculas de microARN de la rana reorganizan las células para protegerlas de los daños. Entonces se forma lentamente hielo alrededor del exterior de los órganos y las células. Al mismo tiempo, el hígado del animal bombea cantidades increíbles de glucosa (un líquido en forma de jarabe que actúa como anticongelante para los órganos vitales) que se filtra por todas partes, incluido el interior de las células, para evitar que se encojan y mueran.

Luego, en primavera, dice Storey, "el sol brillará, se formará barro, se calentarán y se descongelarán".

El grado de congelación varía. Las ranas de madera de Alaska se congelan hasta -20 grados centígrados. Otras en Carolina del Norte se enfrían hasta los -22 grados. Pero los mecanismos son los mismos. Y también se han observado en otras ranas, como la rana arbórea parda del sur (Smilisca sordida) , la rana mirona (Pseudacris crucifer) y las ranas grillo (Acris crepitans), así como en muchos insectos y larvas de insectos.

Pero no es la única forma en que los animales se congelan. Según una nueva investigación publicada en la revista Science of the Total Environment, las crías de tortuga pintada se congelan cuando los microARN reorganizan su metabolismo de forma que requieren mucha menos glucosa que las ranas de madera. Y cuando son adultas, no se congelan tanto sino que contienen la respiración. Las más viejas hibernan bajo el agua en el barro, donde pueden sobrevivir hasta cuatro meses sin respirar.

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Los inconvenientes del superenfriamiento

La palabra "superenfriamiento" se utiliza a veces para referirse a la evitación de la congelación bajo cero. Pero el verdadero superenfriamiento en la naturaleza (y especialmente con órganos humanos) conlleva riesgos, afirma Shannon Tessier, profesora adjunta de la Facultad de Medicina de Harvard (Estados Unidos) quien estudia cómo la animación suspendida en la naturaleza puede trasladarse a los trasplantes de órganos humanos.

El hielo necesita algo alrededor de lo cual formarse, lo que se conoce como agente nucleante, que puede ser tan pequeño como un trozo de polvo o una molécula de colesterol. Pero si un insecto o animal puede evitar la formación de cristales de hielo, su sangre congelada permanece líquida. 

Eso es un gran "sí". Fuera de un laboratorio muy controlado, nuestro mundo está lleno de agentes nucleantes, indica Tessier. Se ha demostrado que la ardilla de tierra del Ártico (Urocitellus parryi) supera la congelación eliminando todos los núcleos potenciales para la formación de cristales. Pero eso no significa que se sobreenfríe hasta los extremos. Y si lo hiciera (aunque Storey aclara que no ocurre) cualquier fuerza exterior o un agente nucleante intruso convertiría a la ardilla de tierra en un carámbano que no volvería a la vida.

"Mantener un órgano en estado líquido tiene muchas ventajas. Pero si siempre corre el riesgo de que se forme hielo accidentalmente, es un problema que hay que solucionar", reconoce Tessier. 

Esta es la razón por la que muchas especies que viven en climas fríos han desarrollado proteínas o azúcares para ayudar a reducir la temperatura de congelación de su sangre, lo que les permite descender por debajo de los 32 grados sin formar hielo. Algunas especies de peces marinos tienen proteínas anticongelantes, mientras que muchos insectos utilizan azúcar.

Los distintos insectos han evolucionado de forma diferente para lograr este mismo objetivo. Las larvas de la mosca de las agallas se congelan sólidamente en invierno cuando hay temperaturas bajo cero, y se descongelan cuando hace calor, incluso en el transcurso de 24 horas. Las larvas de la polilla de las agallas, en cambio, permanecen líquidas durante el día y la noche, sostiene Storey.

Las larvas de la mosca de las agallas utilizan el azúcar como la rana de la madera para amortiguar sus células de los efectos dañinos de las temperaturas bajo cero. Mientras tanto, las larvas de la polilla de las agallas utilizan el azúcar para evitar la congelación, esencialmente sobreenfriándose hasta los -36 grados centígrados.

Deshidratación para enfriar

Los tardígrados, los invertebrados microscópicos que se encuentran en los entornos más extremos de la Tierra, han encontrado una forma ingeniosa de evitar que el agua de sus células se congele: simplemente la expulsan.

Los humanos no pueden hacer eso. Si una persona perdiera incluso el 5% de su agua, moriría. Pero los tardígrados descargan el agua hasta que están casi completamente secos. Sus cerebros se apagan, sus ocho patas se retraen y aguantan el frío.

"Puedes sumergirlos en nitrógeno líquido y no les pasa nada", describe Storey.

Sin embargo, los tardígrados se recuperan con la misma rapidez. Si se les da agua, se rehidratan y vuelven a lo que conocemos como vida.

Las ranas de madera y otros animales que sobreviven a condiciones extremas en la naturaleza tienen muchas aplicaciones en medicina, especialmente en el mundo de los trasplantes de órganos, afirma Tessier. Un corazón humano, por ejemplo, solo puede existir fuera del cuerpo durante unas cuatro horas.

"Este tiempo limitado provoca restricciones logísticas. Así que estamos intentando utilizar los principios de las ranas de madera con altas cantidades de glucosa y congelar un hígado o un corazón entero u otro órgano, mantenerlo en animación suspendida, reanimarlo con seguridad y trasplantarlo", adelanta.