Congelarsi viva e scongelarsi in primavera: il “superpotere” della rana dei boschi

Molte specie animali e vegetali presentano adattamenti per resistere al freddo con l'arrivo dell'autunno e dell'inverno, e una è addirittura in grado di congelarsi (quasi) completamente per mesi, per poi scongelarsi con l'arrivo della primavera. Si tratta della rana dei boschi (Lithobates sylvaticus), una specie di anfibio piccolo, con dimensioni tra i 51 e i 70 millimetri di lunghezza, molto comune nel Nord America, che abita foreste boreali e zone umide, spingendosi anche fino al Circolo Polare Artico. Contrariamente ad altre specie che vanno incontro a ibernazione (un periodo di torpore e risparmio di energie, accompagnato da una riduzione della temperatura corporea), la rana dei boschi congela parte dei suoi tessuti e liquidi corporei (il 65-70% del suo corpo), scendendo fino a 18 gradi sottozero. La percentuale elevata di glucosio e urea presenti in circolo la difendono da danni permanenti causati dal gelo.

Quali temperature raggiunge la rana dei boschi e quanto dura il periodo di congelamento

La rana dei boschi (Lithobates sylvaticus) è diffusa in Nord America fino all'interno del Circolo Polare Artico, dove occupa l'areale più settentrionale tra tutti gli anfibi americani. Le popolazioni dell'Alaska sono quelle più studiate e monitorate: in laboratorio, il limite di tolleranza al freddo si aggira attorno a una temperatura ambientale di -16 °C, ma osservazioni sul campo su 18 esemplari liberi nei loro rifugi invernali naturali hanno registrato una temperatura di sopravvivenza media stagionale di -6,3 °C e una minima assoluta di -18 °C. Il processo si innesca per contatto tra la pelle della rana con il ghiaccio ambientale: quando la rana percepisce la presenza di ghiaccio, si rifugia sotto uno strato di foglie e fango e avvia il processo.

Altre specie di anfibi vanno incontro a ibernazione con la stagione fredda, comprese quelle italiane: la rana di montagna (Rana temporaria), per esempio, vive sulle Alpi anche a quote di 2300 metri e sverna interrata nel fango o rifugiata sotto tronchi e pietre, tollerando anche temperature di poco sotto lo zero. Ma la rana dei boschi americana ha una tolleranza di gran lunga superiore e, soprattutto, il suo corpo va in cristallizzazione. Durante questo periodo, fino a due terzi dell'acqua corporea dell'animale si ghiacciano: oltre questa soglia, anche per vertebrati capaci di tollerare il gelo, sopraggiungono danni cellulari irreversibili. Per questo motivo, la rana dei boschi non va incontro a una tipica ibernazione ma a una vera e propria criopreservazione naturale.

Cosa succede nel corpo durante la crioconservazione

La rana dei boschi riesce a evitare danni permanenti ai tessuti grazie alle enormi riserve di glucosio accumulate nei mesi precedenti sotto forma di glicogeno, fino al 20% della propria massa. Secondo uno studio pubblicato su Experimental biology, durante la criopreservazione il fegato rilascia enormi quantità di glucosio in circolo, raggiungendo concentrazioni nel sangue e negli organi centrali comprese tra 100 e 250 mmol/l: livelli eccessivi per la maggior parte dei vertebrati, ma che in questo caso agiscono da crioprotettore, impedendo la formazione di ghiaccio all'interno delle cellule (che romperebbe le pareti cellulari) e il collasso delle cellule stesse per disidratazione eccessiva. Anche l'urea, prodotta come scarto, si accumula nei tessuti con funzione protettiva e il congelamento si limita agli spazi extracellulari e vascolari. Cuore, respirazione e attività cerebrale si arrestano completamente: a tutti gli effetti la rana entra in uno stato di morte clinica, ma reversibile.

Con l'arrivo delle temperature primaverili, anche il metabolismo della rana lentamente si riattiva, il cuore ricomincia a battere e questa si scongela poco a poco: respirazione, riflessi e funzioni motorie complesse vengono recuperate nell'arco di uno a due giorni. Molte immagini di questa rana che si possono trovare in rete la ritraggono esposta all'aria aperta e ricoperta da uno strato di brina o cristalli di ghiaccio, quasi come se fosse appena stata tirata fuori da un freezer, ma attenzione, si tratta di rappresentazioni prodotte con AI. Anche se il corpo della rana è effettivamente più solido del normale, il disgelo avviene sotto lo strato protettivo di foglie e fango, e la superficie dell'animale non arriva mai a produrre nulla di simile a della brina.

Sequenza di disgelo di una rana di bosco, da Larson et al, 2014

Quali altre specie possono congelarsi

La capacità di tollerare il congelamento non è esclusiva delle rane di bosco: la ritroviamo in alcuni rettili, come la testuggine palustre dipinta (Chrysemys picta), e in alcune specie di rane e salamandre. La salamandra siberiana (Salamandrella keyserlingii e S. schrenckii), è nota per essere in grado di sopravvivere a temperature di -55 °C in ambiente di laboratorio. Molte di queste specie presentano una combinazione di glucosio o glicerolo, glicolipidi e specifiche proteine antigelo all'interno del loro corpo. Strategie evolutive con lo stesso obiettivo: sopravvivere all'inverno "congelati", col minimo dispendio di energie, per poi "tornare in vita" in primavera.

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