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Gianluca Sorrentino

 

La rana di legno

Si chiama Lithobates sylvaticus o “wood frog” (rana di legno) la straordinaria rana capace di attuare un processo naturale di crioconservazione. Prende il nome dall’aspetto che essa assume durante l’ibernazione, appare infatti come un oggetto inanimato ricoperto di terra, rigido e indifferente ai sollecitazioni a cui viene sottoposto. La Lithobates sylvaticus è una specie di rana che vive in Canada e negli stati nord-occidentali degli USA e ha infatti sviluppato la capacità di interrompere il proprio ciclo vitale all’approssimarsi dell’inverno, per poi riprenderlo all’arrivo della primavera. In generale, le basse temperature sono una minaccia per tutti gli organismi viventi perché la formazione di ghiaccio all’interno delle cellule provoca il blocco dei normali flussi metabolici e la distruzione sub-cellulare, portando quindi alla morte della cellula. Di conseguenza quasi tutti gli animali che vivono in climi freddi prendono le dovute precauzioni per evitare il congelamento. Per alcuni questo significa semplicemente trovarsi un luogo riparato sott’acqua o sottoterra in cui attendere il ritorno della bella stagione, altri invece hanno bisogno di ricorrere a vari trucchi biochimici e fisiologici. Ad esempio, in alcune specie di insetti la presenza di anticongelanti naturali, come glicerolo o sorbitolo, consente di abbassare il punto di congelamento dei fluidi corporei in modo che essi rimangano liquidi anche al di sotto degli 0 °C. Quando questo non è sufficiente, si ricorre invece alla produzione di consistenti quantità di proteine antigelo: particolari proteine che hanno la proprietà di legarsi ai microcristalli di ghiaccio in formazione impedendone così l’accrescimento a dimensioni tali da causare danni alle cellule. Molto meno comune in natura è invece la tolleranza al congelamento, che consiste nella capacità di sopportare la formazione di ghiaccio nei compartimenti extracellulari mantenendo comunque il citoplasma allo stato liquido. Questa proprietà è tipica di varie specie di insetti, diversi invertebrati marini ed alcuni rettili e anfibi terresti come la nostra wood frog. È stato dimostrato, ad esempio, che questo anfibio può sopravvivere anche quando il 65% circa della sua acqua corporea è convertita in ghiaccio. In queste condizioni la rana non presenta segni vitali: nessun movimento o respirazione, niente battito cardiaco né circolazione, totale mancanza di attività cerebrale rilevabile. Sembra appunto un pezzo di legno. Come abbiamo visto, però, con l’innalzamento della temperatura esterna il processo di scongelamento può iniziare e le normali attività fisiologiche possono essere ripristinate nel giro di qualche ora. A cosa è dovuta questa capacità molto particolare? Essenzialmente al seguente insieme di fattori: 

-l’attività di determinate proteine del plasma, che regolano le fasi iniziali del processo di congelamento impedendo il danneggiamento degli organi interni; 

-la presenza di proteine antigelo, che tengono sotto controllo le dimensioni dei cristalli di ghiaccio; 

-le alte concentrazioni di zuccheri, che limitano la riduzione del volume cellulare; 

-la presenza di specifiche sostanze protettive, come trealosio e prolina, che stabilizzano la struttura dei doppi strati lipidici che compongono le membrane cellulari; proteggendole quindi dallo stress a cui le sottopone il ghiaccio;  

-i meccanismi di tolleranza all’assenza di ossigeno, che consentono alle cellule di essere vitali anche durante il congelamento; 

-alcuni adattamenti fisiologici, che regolano la cessazione e il ripristino dei segnali vitali durante i processi di congelamento e scongelamento. 

La risposta al freddo inizia quando la formazione di ghiaccio in un sito periferico sulla pelle stimola, per via ormonale o neuronale, la glicogenolisi nel fegato (processo metabolico che degrada molecole di glicogeno fino ad ottenere glucosio). In pochi secondi la concentrazione di glucosio aumenta rapidamente e altrettanto velocemente lo zucchero viene distribuito a tutti gli organi tramite il sistema circolatorio. Ora l’organismo è protetto dai danni indotti dal congelamento e può iniziare la fase di rallentamento dei ritmi vitali che porta all’ibernazione. Per le sue caratteristiche, la Lithobates sylvaticusè diventata uno dei principali modelli utilizzati per lo studio dei fenomeni di tolleranza al freddo dal punto di vista biochimico e fisiologico. Le sue soluzioni potrebbero infatti essere una possibile risposta ai vari problemi che affliggono i tentativi di sviluppare le tecniche di preservazione degli organi per la medicina dei trapianti. Inoltre, gli studi dei meccanismi attraverso i quali gli organi delle rane possono essere congelati e scongelati senza danno potrebbero servire all'identificazione di nuovi principi, applicabili ad esempio nella tecnologia della crioconservazione. 

 

Bibliografia:

Storey KB. Living in the cold: freeze-induced gene responses in freeze-tolerant vertebrates. Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. (1999) 26, 57-63.

MacDonald JA, Degenhardt T, Baynes JW, Storey KB. Glycation of wood frog (Rana sylvatica) ‘hemoglobin and blood proteins: in vivo and in vitro studies. Cryobiology (2009) 59, 223-

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