Questa rana dell’Alaska si congela ogni inverno, poi torna in vita

Il regno animale è pieno di trucchi affascinanti per resistere alle temperature sotto lo zero. Gli uccelli, ad esempio, spesso prendono il volo verso zone più calde e sconosciute nel momento in cui il gelo colpisce il loro ambiente. I mammiferi, come gli orsi grizzly, si preparano in anticipo subendo una sorta di stagione di massa prima di entrare nelle tane per dormire durante l’inverno. La rana dei boschi dell’Alaska, invece, sfida il freddo in un modo che sembra violare ogni legge della fisica e della biologia.

Queste rane di legno fermano il loro cuore, smettono di respirare e letteralmente si congelano. Se passassi accanto a una di queste modeste rane di legno in pieno inverno, potresti supporre che sia morta molto tempo fa. Si scopre, tuttavia, che le rane di legno dell’Alaska subiscono uno degli adattamenti più affascinanti sulla terra. Per un massimo di sette mesi all’anno, questi anfibi diventano ghiaccioli viventi. Sebbene siano congelati, con il sangue immobilizzato, si scongelano e tornano alla vita non appena il sole primaverile li riscalda. Esploriamo come questa piccola rana sopravvive a condizioni che ucciderebbero la maggior parte delle creature e come il suo straordinario adattamento potrebbe rivoluzionare la medicina umana.

Rane di legno dell’Alaska (Lithobates sylvaticus) hanno un areale che si estende più a nord rispetto a qualsiasi altro rettile o anfibio del Nord America. È noto che alcune rane dei boschi vivono fino al circolo polare artico. Sebbene simili nell’aspetto ad altre specie di rane nordamericane, le rane di legno dell’Alaska si distinguono per una fascia di colorazione scura sugli occhi che sembra una maschera da scassinatore. Hanno anche corpi di colore marrone o marrone chiaro, che li aiuta a mimetizzarsi facilmente nelle foreste dell’Alaska.

La maggior parte delle rane tende a restare vicino all’acqua, ma le rane dei boschi dell’Alaska si attaccano principalmente agli ambienti terrestri. Abitano una vasta gamma di ambienti, comprese le foreste boreali e la tundra, purché nelle vicinanze ci sia abbastanza umidità. Essendo creature solitarie, le rane dei boschi dell’Alaska sono più attive dall’inizio della primavera all’estate quando migrano verso le pozze primaverili per scopi di accoppiamento. Quando non si accoppiano, queste rane sono cacciatori opportunisti. Si nutrono di una varietà di insetti e larve, inclusi scarafaggi, lumache e vermi, che catturano usando la loro lingua appiccicosa. Anche le rane di legno dell’Alaska sono una parte importante della catena alimentare, poiché servono come prede per uccelli, serpenti e piccoli mammiferi come puzzole e procioni.

Non c’è dubbio: le rane di legno dell’Alaska sono costruite per l’efficienza. La loro pelle è permeabile e sensibile anche ai cambiamenti più sottili nel loro ambiente. Tuttavia, con l’arrivo dell’inverno, le rane dei boschi dell’Alaska subiscono una notevole trasformazione. Mentre altre rane si tuffano in profondità sott’acqua per evitare il congelamento, le rane di legno dell’Alaska si congelano letteralmente.

Uno scudo sotto zero

Quando la maggior parte delle cellule animali si congela, l’animale viene ucciso. Questo perché le cellule sono composte principalmente da acqua. Quando l’acqua congela, si espande e forma cristalli di ghiaccio affilati, che agiscono come piccoli coltelli, distruggendo le membrane cellulari e interrompendo i processi cellulari. Quando il fluido che circonda le cellule si congela, attira l’acqua fuori dalle cellule attraverso l’osmosi, provocando il collasso irreparabile delle cellule.

Processo in tre fasi

Le rane di legno dell’Alaska evitano questo processo distruttivo attraverso diversi adattamenti unici. Per prima cosa, le rane devono assaggiare il freddo per iniziare la loro strategia di sopravvivenza. Una volta che il ghiaccio tocca la loro pelle, tuttavia, le proteine ​​nucleanti del ghiaccio nel sangue innescano un congelamento controllato. Questo processo consente la formazione di ghiaccio nella cavità addominale e tra le fibre muscolari, quindi il congelamento avviene solo in aree che non causano danni strutturali. Proprio come i gestori del territorio utilizzano ustioni controllate per prevenire incendi catastrofici, le rane di legno dell’Alaska utilizzano il congelamento controllato per evitare danni agli organi e alle cellule vitali.

La parte più importante del processo di congelamento, tuttavia, è l’antigelo naturale della rana di legno. Una volta che la pelle inizia a congelarsi, il fegato entra in azione. Converte il glicogeno immagazzinato in glucosio o zucchero. Questo poi inonda il sangue e le cellule della rana. Livelli di zucchero così elevati sarebbero fatali per l’uomo, ma le rane li usano come protezione perché il glucosio abbassa il punto di congelamento del liquido all’interno delle loro cellule. Trasformando il suo sangue in una sostanza sciropposa, la rana di legno dell’Alaska può evitare il completo congelamento.

Dopo che il glucosio si è distribuito in tutto il corpo, la rana si spegne: il suo cuore rallenta e si ferma, i suoi polmoni smettono di funzionare e la sua attività cerebrale si ferma. A questo punto, a tutti gli effetti, la rana appare clinicamente morta.

C’è il sole, fuori i panini

Congelarsi fino alla morte clinica è una cosa. Tuttavia, quando il sole comincia a farsi vedere all’inizio della primavera, le rane selvatiche dell’Alaska iniziano forse la fase più incredibile della loro strategia di sopravvivenza invernale. Mentre un prosciutto congelato potrebbe impiegare ore o giorni per scongelarsi, le rane di legno dell’Alaska si scongelano e rinascono con una velocità sorprendente.

Nel momento in cui le temperature salgono sopra lo zero, la rana inizia a scongelarsi. Il glucosio distribuito uniformemente assicura che le rane si scongelino contemporaneamente sia all’interno che all’esterno. In genere, però, è il loro cuore a ripartire prima. Una volta “sveglio”, per così dire, il cuore pompa il sangue nelle arterie che si stanno scongelando. Poche ore dopo, le rane iniziano a respirare aria. In meno di un giorno, queste rane sono di nuovo attive e si dirigono direttamente nelle pozze primaverili per accoppiarsi. Poiché trascorrono l’inverno sulla terraferma, le rane dei boschi dell’Alaska iniziano ad accoppiarsi durante la breve stagione calda.

Potenziale medico

La capacità delle rane di legno dell’Alaska di lasciare congelare i loro corpi e sopravvivere illesi può sembrare un colpo di fortuna. Tuttavia, adattamenti così notevoli sono argomenti ideali per la ricerca medica, soprattutto in campi come la medicina d’urgenza e il trapianto di organi. Gli organi umani come il cuore o i reni hanno una durata di conservazione molto breve una volta rimossi da un corpo. A seconda dell’organo e del metodo di conservazione, i tempi di conservazione possono variare da 4 a 12 ore per cuore e polmoni e fino a 24-48 ore per fegato e reni con tecniche avanzate. Il congelamento degli organi per una conservazione più lunga non è attualmente possibile perché il danno cellulare si verificherebbe troppo facilmente.

La capacità della rana di legno di sopravvivere al congelamento offre indizi per migliorare la conservazione degli organi. I ricercatori stanno ora esplorando attivamente come congelare in modo sicuro i tessuti umani utilizzando protettori sintetici o a base di glucosio, con progressi promettenti che potrebbero trasformare il trapianto di organi. Tali innovazioni potrebbero rendere possibili le banche di organi, consentire il trasporto di organi in tutto il mondo e potenzialmente eliminare le liste di attesa per i trapianti.

Inoltre, la capacità delle rane dei boschi dell’Alaska di sopravvivere per mesi senza battito cardiaco o respiro sta ispirando la ricerca sperimentale, sebbene le applicazioni dirette sugli esseri umani siano ancora nelle fasi iniziali. Ciò potrebbe portare a trattamenti rivoluzionari per condizioni che comportano la perdita del flusso sanguigno, come ictus o infarti. Se queste strategie potessero essere adattate in modo sicuro, potrebbero migliorare significativamente i risultati nella conservazione degli organi e nella medicina d’urgenza.

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