Algunas de las invenciones científicas más importantes (la penicilina, la pólvora, el microondas) se descubrieron por accidente. Ahora, un grupo de investigadores que investiga cómo viven algunos animales en el Ártico helado tiene otro para agregar a la lista: anticongelante natural. Un nuevo estudio publicado hoy en la revista Bioinformática Evolutiva descubrió que una diminuta especie de pez caracol que vivía en Groenlandia contenía niveles altísimos de proteínas anticongelantes que hacían posible sobrevivir a temperaturas bajo cero.
En 2019, coautor del estudio david gruber, investigador asociado del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York y distinguido profesor de biología en el Baruch College de CUNY, salió con su equipo en una expedición al este de Groenlandia para buscar animales que brillaran en la oscuridad bajo el hielo. Ubicada en el Círculo Polar Ártico, esta región de Groenlandia recibe días casi completos de sol de verano, pero se sumerge en la oscuridad durante los meses de invierno. El objetivo del equipo era comprender el papel que juega la luz en las especies marinas que viven en estos ambientes con períodos estacionales tan drásticos de luz solar interminable y muy limitada. Su búsqueda los llevó a un pez caracol biofluorescente juvenil, un pez pequeño con un cuerpo parecido a un renacuajo que se encuentra típicamente en aguas gélidas que se sumergen muy por debajo del punto de congelación, a 28,4 grados Fahrenheit. La biofluorescencia es cuando un animal absorbe luz azul y emite luz verde, roja o amarilla, una rareza entre los peces del Ártico que viven en la oscuridad la mayor parte de sus vidas.
Para comprender mejor cómo el pez caracol crea la luz, el equipo de biología examinó todo su transcriptoma, cada gen que está produciendo, donde se sorprendieron al descubrir que una de las proteínas más activamente producidas en el cuerpo eran las proteínas anticongelantes. “Al igual que el anticongelante en su automóvil evita que el agua en su radiador se congele en temperaturas frías, algunos animales han desarrollado una maquinaria increíble que evita que se congelen, como las proteínas anticongelantes, que evitan que se formen cristales de hielo”, dijo Gruber en un comunicado. pags
Los biólogos marinos ya habían descubierto la existencia de proteínas anticongelantes hace 50 años. Se sabe que varias especies, desde peces, reptiles e insectos hasta bacterias, han desarrollado proteínas anticongelantes para sobrevivir en hábitats helados. Para el pez caracol, la proteína anticongelante se desarrolla en el hígado, donde evita que se formen grandes granos de hielo dentro de las células y los fluidos corporales. Sin la proteína anticongelante, la sangre del pez caracol se congelaría.
[Related: Fish blood could hold the answer to safer de-icing solutions during snowstorms]
Desde el descubrimiento inicial, los biólogos han descubierto que las proteínas anticongelantes se crean a través de cinco familias de genes diferentes. Pero los biólogos marinos no sabían cuánta energía gastaba el pez caracol en la creación de proteínas anticongelantes. “En retrospectiva, tiene sentido; por supuesto, un pez juvenil que vive en un iceberg produce muchas proteínas que evitan que se congele”, explicó Gruber. En su análisis genético, el equipo encontró dos familias de genes encargadas de codificar dos tipos de proteínas anticongelantes, denominadas proteínas tipo I y tipo LS-12. Estos genes estaban altamente expresados, constituyendo el 1 por ciento superior de los genes expresados en el pez caracol.
Los autores del estudio sugieren que los altos niveles de expresión de estas proteínas anticongelantes son esenciales para vivir en aguas extremadamente frías. Sin embargo, algunos biólogos marinos han expresado algunas dudas sobre qué tan grande es la conclusión que se puede sacar de estos resultados. C.-H. cristina cheng, un biólogo evolutivo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign que no participó en el estudio, dijo que las proteínas similares a LS-12 también presentes en la escultura de cuernos largos del Atlántico noroccidental no proporcionaron mucha ayuda para evitar que los peces se congelaran hasta morir. En cambio, dice que es posible que el pez caracol exprese esta proteína por otra razón de desarrollo. Además, la expresión proteína anticongelante Tipo I que se encuentra en el pez caracol es diferente de otras proteínas Tipo I de la misma especie.
Cheng dijo que estas discrepancias podrían resolverse observando más a fondo la actividad de la proteína anticongelante directamente en el plasma sanguíneo. “Si todas estas transcripciones detectadas se convierten realmente en proteínas anticongelantes funcionales, la actividad anticongelante del plasma sería alta”, explica. “Pero si la actividad anticongelante del plasma es baja, entonces es cuestionable que estas transcripciones se conviertan en proteínas anticongelantes activas”.
[Related: How polar animals cope with frigid darkness for months at a time]
Aún así, el nuevo estudio destaca la importancia de las proteínas anticongelantes en la supervivencia de los peces caracol que viven en el Ártico, un entorno que es particularmente vulnerable al aumento de las temperaturas globales. Desde el siglo pasado, el Ártico se ha estado calentando cuatro veces más rápido que el resto del planeta, con predicciones que proyectan un océano Ártico sin hielo en 30 años.
A medida que la región experimenta cambios dramáticos, los peces que habitan en el hielo se verán obligados a adaptarse a climas más cálidos o se enfrentarán a la extinción. “Para estos peces caracol juveniles, su superpoder de producir muchas proteínas anticongelantes ya no será un superpoder en un Ártico sin icebergs”, dijo Gruber. Para empeorar las cosas, las aguas más cálidas pueden introducir más especies de peces que tienden a residir en climas templados, aumentando la competencia por alimento y refugio.
En el futuro, Gruber y su equipo planean seguir investigando los matices del anticongelante en el pez caracol y otras especies que viven en estos ambientes congelados. “Los peces caracol son una familia interesante ya que tienen representantes que viven en la superficie hasta más allá de los 8.000 metros de profundidad. [in the ocean],” él dijo. “Tenemos curiosidad por investigar si existe alguna conexión entre la capacidad de los peces caracol para sobrevivir en ambientes de frío extremo y presión extrema”.