Proteínas especializadas en las larvas de la mosca vara de oro crean canales que empujan agua congelada fuera de sus células y dejan que un anticongelante natural fluya hacia adentro.

Introducción

En los campos y jardines de todo el mundo, las puntas de las varas de oro brillan con pequeños toques de amarillo a lo largo de muchas ramas delgadas. Existen más de 100 especies de estas flores, y la mayoría crecen de forma nativa en América del Norte. Son de floración tardía, ideales para sustentar a los polinizadores de temporada tardía.

Pero no solo son buenos para las abejas y las mariposas. En varias partes de Norteamérica, especialmente en las regiones centrales, un tipo de mosca agalla depende de las flores llamadas “varas de oro” para su hogar invernal. En la primavera, las moscas hembras ponen sus huevos en tallos recién brotados. Cuando incuba un huevo, la larva mastica hasta llegar al tallo de la planta. Como resultado, el tallo desarrolla un grueso nudo llamado agalla que se convierte en el albergue de la larva. Se cree (pero no está confirmado) que la agalla se produce a causa de un crecimiento hormonal, estimulado por la saliva de la larva. La vara de oro, que normalmente es indiferente a su huésped, sigue creciendo hacia arriba y eventualmente florece y muere al caer. La larva se mantiene encerrada dentro de la agalla a lo largo del invierno, hasta que las temperaturas más cálidas estimulan su transición a pupa y luego a la adultez.

Pareciera que pasar el invierno dentro de una morada del tamaño de una nuez sería suficiente para proteger a la larva del frío, pero no es así. Las moscas agalla de vara de oro pueden congelarse hasta temperaturas de -80ºC (-112ºF) en invierno y luego descongelarse en primavera completamente ilesas.

Goldenrod blooms
Imagen: Yamanaka Tamaki / CC BY NC ND - Reconocimiento de Creative Commons + No comercial + Sin derivados

La vara de oro generalmente florece a fines del verano y las flores pueden durar hasta octubre. Las moscas de las agallas hembras ponen huevos en sus tallos cuando emergen en primavera. 

Goldenrod gall harboring a gall fly
Imagen: anita gould / CC BY NC - Atribución Creative Commons + No comercial

Cuando el huevo eclosiona, la larva se entierra en el tallo. Aunque no se entiende completamente cómo, se cree que la saliva de la masticación de la larva estimula el crecimiento hormonal para crear la hiel gorda en forma de nuez.

Goldenrod gall on the plant (left), gall cut open showing the larval chamber inside (right)
Imagen: Kent MacFarland / CC BY NC - Atribución Creative Commons + No comercial

La hiel permanece en el tallo durante el otoño y el invierno (izquierda), y la larva vivirá en la cámara central (derecha). Una de las últimas cosas que hace la larva de la mosca de las agallas antes del invierno es cavar un túnel cerca del borde para que sea más fácil emerger como adulto en la primavera (el túnel de esta larva no se ve aquí, pero la sección transversal de la agalla revela el espesor por el que debe abrirse paso).

Adult Goldenrod Gall Fly
Imagen: scott rey / CC BY - Creative Commons Atribución únicamente

Las temperaturas primaverales más cálidas estimulan la transición de la larva a la pupa y luego a un adulto alado, cuando emergerá y abandonará su hogar. Como adulto, vive solo dos semanas, se reproduce y comienza el ciclo de nuevo.

La estrategia

Si alguna vez has dejado una botella llena de agua en el congelador, has aprendido de mala forma que el agua se expande al congelarse. Las células vivas son membranas llenas de agua, y la mayoría se romperían (y morirían) al congelarse. Entonces, ¿cómo sobreviven las moscas agalla de vara de oro?

La respuesta depende de cuánta agua se mueve dentro y fuera de las células. El agua se puede disipar a través de las membranas celulares, o bien puede pasar rápidamente a través unas proteínas largas en forma de serpiente llamadas acuaporinas que abren los poros en la membrana.

The Structure of Aquaporins
Imagen: Biomimicry Institute / Copyright © - Todos los derechos reservados

Todas las acuaporinas tienen estructuras similares donde 6 hélices (que se muestran aquí como varillas azules) unen las membranas celulares conectadas por 5 bucles (A a E).

Todos los organismos vivos, incluidos los humanos, tienen acuaporinas, pero solo imparten la habilidad de tolerar el congelamiento a ciertas especies de insectos, peces, reptiles y anfibios. Los científicos de la Universidad de Miami demostraron que estas proteínas son fundamentales para la protección contra congelamiento; cuando inhibieron la función de las proteínas, el tejido de la mosca de las agallas ya no pudo sobrevivir al frío extremo. Como resultado, los investigadores concluyeron que estos canales de acuaporina empujan el agua de las células antes de que pueda congelarse, expandirse y romper las membranas celulares, lo que provocaría que las células estallaran y murieran.

En un estudio posterior, los mismos investigadores verificaron este efecto de empuje, demostrando que los canales de acuaporina en las moscas de las agallas permiten que el agua fluya a través de la membrana nueve veces más rápido que por difusión. Además, el número de estos canales especializados aumenta en las células larvarias a medida que baja la temperatura. Cuando los científicos compararon la abundancia de proteínas en octubre con la de diciembre, encontraron que el clima más frío agregó casi un 40% más de acuaporinas en todo el cuerpo del insecto. Quizás lo más importante es que midieron la cantidad más alta en el cerebro, el órgano que necesita la mayor protección contra congelamiento para garantizar la supervivencia.

Para aumentar la protección anticongelante, un grupo de proteínas llamadas acuagliceroporinas abren canales para que el glicerol entre en las células. El glicerol es parecido al glicol (el ingrediente principal en el anticongelante usado en vehículos): ambos son alcoholes y tienen un punto de congelación muy bajo. Así que mientras los canales de acuaporina sacan agua para prevenir que las membranas se rompan, los canales de acuagliceroporina bombean más “anticongelante” para que no se congele tan rápido.

Las posibilidades

Gran parte de la ciencia ficción asume que los humanos algún día serán congelados en cápsulas para soportar eones en viajes intergalácticos sin envejecer. Si bien esto puede o no ser posible en un futuro lejano, hay formas de mejorar la forma en que congelamos el material biológico humano que en realidad podría salvar muchas vidas aquí en la Tierra.

Con la excepción del plasma, la mayoría de los componentes de la sangre donada no se pueden congelar. Aunque los glóbulos rojos se pueden congelar para uso de emergencia, descongelarlos es costoso y requiere personal capacitado y equipo especializado.

 

Desafortunadamente, los órganos humanos no pueden congelarse sin destruir sus células. En consecuencia, un riñón puede almacenarse durante solo 30 horas antes de que se vuelva inviable.

Y congelar órganos para trasplantarlos no es una opción. Desafortunadamente, los órganos humanos no pueden congelarse sin destruir sus células. En consecuencia, un solo puede ser almacenado 30 horas hasta no poderse utilizar. El or duran 12 horas, mientras que un corazón o un pulmón deben ser trasplantados dentro de solo seis horas.

La inhabilidad de almacenar órganos a largo plazo hace que el abastecimiento sea poco, y es difícil hacerlos llegar a pacientes en zonas remotas y poco pobladas. La Organización Mundial de la Salud estima que solo el 10% de los pacientes del mundo que necesitan trasplante de órganos los reciben. Cada año en EE.UU. se agregan aproximadamente 50,000 personas a la lista de espera de trasplante de órganos, mientras que más de 700,000 mueren esperando.

Si podemos aprender tácticas de supervivencia de la mosca agalla y otros animales que no se congelan, nos podría servir para protegernos los unos a los otros (y proteger a otros seres vivos) de peligros que van más allá que tan solo un frío invierno.

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Última actualización el 16 de febrero de 2021