Signs of Fall # 10: Where do the frogs go in winter?

hace unas semanas Jane Viti, una de mis colegas de enseñanza, me preguntó qué iba a pasar con las dos ranas que habían estado viviendo en su pequeño estanque durante todo el verano., Mientras hablábamos sobre la apariencia, el comportamiento y las canciones de sus ranas, decidí que debían ser ranas verdes del Norte (Lithobates clamitans melanota), y dado que su estanque es bastante poco profundo y se espera que se congele durante el invierno, y también porque está rodeado por un crecimiento muy denso de mirto, especulé que las ranas verdes (que pueden hibernar bajo el agua o bajo tierra) abandonarían el estanque que pronto será sólido y cavarían un hibernáculo en el suelo bajo la cubierta protectora del mirto. Pero donde estas ranas se sientan fuera el invierno fue solo el comienzo de esta historia., Las ranas son ectotérmicas (dependen del calor de su entorno para su calor corporal) y parecen bastante vulnerables a la congelación sólida en los inviernos muy fríos del Oeste de Pensilvania, incluso si están bajo tierra o bajo el agua. ¿Cómo pudieron sobrevivir a este trauma térmico extremo?

en mi clase de Biología Celular hablo de los cambios que se pueden ver en las membranas celulares tanto en anfibios (como la rana verde) como en reptiles (como tortugas y serpientes) a medida que las temperaturas estacionales comienzan a caer., Se estimula una enzima que comienza a añadir enlaces dobles a los ácidos grasos de los fosfolípidos de la membrana celular. Esta enzima «desaturasa» hace que los ácidos grasos alterados sean más torcidos y, por lo tanto, menos capaces de unirse. Esto reduce el punto de congelación (que generalmente se conoce como el » punto de fusión «por alguna razón) de la membrana celular y mantiene la membrana» fluida » y funcional a temperaturas cada vez más bajas. Además, los anfibios agregan colesterol a sus membranas celulares, y estos esteroides evitan que los ácidos grasos se agrupen incluso a temperaturas decrecientes.,

estos cambios ayudan a mantener a nuestra rana activa a temperaturas que son más bajas que las óptimas, pero eventualmente las temperaturas comienzan a acercarse al punto de congelación del agua, y la rana está en riesgo de daño celular y tisular por la congelación del agua en su sangre y citoplasma.

tomemos un segundo y pensemos en las personas. Cuando la piel está expuesta demasiado tiempo a temperaturas de congelación, las células se destruyen y se produce «congelación». ¿Por qué mueren las células?, En primer lugar, el flujo de sangre en la parte fría del cuerpo se reduce con el fin de evitar la pérdida excesiva de calor corporal (los seres humanos son organismos endotérmicos que utilizan el calor de sus actividades metabólicas para generar su calor corporal y solo hay tanta energía térmica para ir alrededor!). La falta de flujo sanguíneo en el tejido significa que el oxígeno ya no se está entregando y la muerte celular por falta de oxígeno puede ocurrir. Además, y tal vez de una preocupación más inmediata, la falta de sangre caliente que entra en el tejido significa que los fluidos en el tejido y en sus células pueden comenzar a congelarse., Por lo general, el líquido intersticial alrededor de las células se congela primero y estos cristales de hielo en realidad comienzan a extraer agua del interior de las células. Por un tiempo, este evento de deshidratación puede realmente detener la congelación citoplasmática, pero eventualmente la célula será dañada irreversiblemente (es decir, «muerta») por deshidratación excesiva o por la congelación inevitable de su citoplasma.

Pero, volvamos a nuestras ranas: antes de que las ranas estén expuestas a temperaturas de congelación, experimentan muchos cambios fisiológicos además de los cambios en la membrana celular que enumeré anteriormente., Sus hígados comienzan a sintetizar y a liberar grandes cantidades de glucosa («azúcar») en sus corrientes sanguíneas. Estos azúcares son absorbidos por las células del cuerpo causando que el citoplasma se vuelva espeso y almibarado y cada vez más hipertónico a los fluidos intersticiales circundantes. También la rana libera proteínas especiales llamadas nucleasas de proteína de hielo (o» PIN») en su torrente sanguíneo. Estas proteínas estimularán la congelación del agua en el torrente sanguíneo, lo que inhibirá la congelación potencialmente letal del agua del citoplasma dentro de las células., Cuando las ranas finalmente están expuestas a temperaturas realmente heladas, la piel y luego el resto del cuerpo se congela sólido (¡son como pequeñas estatuas de ranas de roca!), pero la congelación se limita principalmente a la sangre y a los fluidos alrededor de las células! Los cristales de hielo que se forman en el líquido intersticial extraen agua de las células (al igual que en la congelación humana), pero los altos niveles de azúcar dentro de las células no solo actúan como un anticongelante natural para la célula, sino que también se aferran a suficiente agua para que las células no se deshidraten hasta el punto de la muerte!,

ranas terrestres (como el sapo americano (Bufo americanus), la rana de madera (Rana sylvatica), el Mirón de primavera (Hyla crucifer), la rana arbórea gris (Hyla versicolor) y la rana verde del Norte cuando decide hibernar en tierra) básicamente se dejan congelar en sus escondites de suelo. Las ranas de madera y las ranas arbóreas ni siquiera bajan al suelo, sino que simplemente se entierran en montones de hojas y aguantan los meses de temperaturas bajo cero., Durante los períodos cálidos, estos hibernadores terrestres pueden incluso descongelarse y moverse, pero normalmente se vuelven a congelar y se acomodan en sus adormecimientos invernales. Noté en varios blogs de primavera y verano este año el gran número de ranas grises en los árboles alrededor de mi campo y patio. Me pregunto si todas las hojas que he estado dejando que se acumulen debajo de mis árboles (debido a mis políticas selectivas de rastrillado de hojas) proporcionaron a estas grandes criaturas un hábitat de invierno suficiente para favorecer el crecimiento de su población.,

Las ranas acuáticas (como la rana leopardo (Rana pipens) y la rana toro Americana (Lithobates catesbeianus) y la rana verde del Norte cuando decide pasar el invierno en un cuerpo de agua) pasan el invierno si no están congeladas, casi en el ambiente aún líquido de sus estanques o piscinas. No se entierran en los lodos de estos sistemas porque deben continuar recogiendo oxígeno del agua circundante a través de su piel., A veces se hunden en el fondo de sus piscinas o estanques (son bastante sólidos y no tienen aire en sus pulmones), pero deben mantenerse en contacto con el agua rica en oxígeno para sobrevivir. También pueden nadar un poco cuando se calientan durante los períodos de calma en el frío del invierno. Las ranas acuáticas pueden sobrevivir congelándose sólidas en el hielo, pero no se Cuánto tiempo pueden vivir de esa manera. La falta de oxígeno seguramente sería fatal si el recubrimiento de hielo persistiera durante demasiadas semanas.,

así que, en la próxima fría noche de otoño mientras te sientas en tu cálida casa envuelta en un Afgano o un suéter, piensa en las pequeñas ranas congeladas que están afuera esperando que lleguen sus deshielos personales de primavera.

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