La rana che congela e torna in vita: il segreto della Rana sylvatica

C'è un anfibio che ogni inverno compie un'impresa che sembra contraddire la biologia: si lascia congelare. Il cuore smette di battere, il sangue si arresta, fino a due terzi dell'acqua del suo corpo si trasformano in ghiaccio. A guardarla, sembra morta. Eppure, quando la primavera scioglie il gelo, la rana di legno nordamericana (Lithobates sylvaticus, un tempo Rana sylvatica) ritorna a muoversi nel giro di poche ore. È uno dei più straordinari esempi di criobiologia conosciuti tra i vertebrati.

Un congelamento controllato

La rana di legno vive in un areale vastissimo, dalle foreste degli Stati Uniti orientali fino oltre il Circolo Polare Artico, in Alaska, dove gli inverni sono spietati. A differenza di altri animali che svernano scavando sotto la linea del gelo, questa rana di legno si limita a infilarsi nella lettiera di foglie, a pochi centimetri di profondità. Lì viene raggiunta dal freddo e, invece di evitarlo, lo governa. Quando un cristallo di ghiaccio tocca la sua pelle, l'animale avvia un processo ordinato: lascia formare il ghiaccio negli spazi fuori dalle cellule e nella cavità corporea, ma protegge l'interno delle cellule, dove il congelamento sarebbe letale.

Lo sciroppo che salva la vita

Il trucco è chimico. Appena percepisce il gelo, il fegato della rana scarica enormi quantità di glucosio nel sangue e nei tessuti, raggiungendo concentrazioni che in un essere umano corrisponderebbero a un coma diabetico. Quello zucchero agisce da crioprotettore: si accumula dentro le cellule e impedisce che perdano troppa acqua e collassino mentre il ghiaccio cresce all'esterno. In pratica le cellule vengono immerse in uno sciroppo denso che abbassa il punto di congelamento interno e ne preserva la struttura. Insieme al glucosio entra in gioco l'urea, che contribuisce all'effetto protettivo. I meccanismi sono stati descritti in decine di lavori dai fisiologi Kenneth e Janet Storey della Carleton University, pubblicati su riviste come il Journal of Experimental Biology.

Mesi da "morta vivente"

Durante il congelamento la rana entra in uno stato sospeso impressionante: nessun battito cardiaco, nessuna respirazione, nessuna attività cerebrale misurabile, nessun movimento muscolare. Il suo metabolismo si riduce praticamente a zero, alimentato solo dalle riserve. Studi condotti in Alaska da ricercatori come Don Larson dell'Università di Fairbanks hanno mostrato che le popolazioni artiche possono sopportare temperature ben sotto lo zero e ripetuti cicli di gelo e disgelo per settimane o mesi, sopravvivendo a temperature corporee anche inferiori a -16 °C. È un livello di tolleranza al freddo molto superiore a quello delle popolazioni più meridionali, segno di un adattamento finemente tarato sul clima locale.

Il risveglio

Quando le temperature risalgono, lo scongelamento procede in modo sorprendente: il cuore riprende a battere prima ancora che tutto il corpo sia tornato fluido, ricominciando a pompare sangue per riattivare gli organi. Nel giro di poche ore l'animale recupera il movimento, e poco dopo è già pronto a cercare le pozze temporanee in cui riprodursi. La rana di legno è infatti tra i primi anfibi a comparire a fine inverno, proprio perché il suo svernamento superficiale la mette in pole position rispetto ai concorrenti che dormono più in profondità.

Perché interessa anche alla medicina

Capire come una rana possa congelarsi senza danni ha implicazioni che vanno oltre la curiosità naturalistica. Uno dei grandi ostacoli della medicina dei trapianti è proprio la conservazione degli organi: tessuti e organi umani si deteriorano in fretta una volta raffreddati, e il congelamento classico li distrugge formando cristalli di ghiaccio nelle cellule. Studiare i crioprotettori naturali della rana di legno, e di altri animali tolleranti al gelo come certe tartarughe e insetti, potrebbe ispirare nuove tecniche per conservare più a lungo organi destinati al trapianto. Quella che sembra una stranezza da foresta innevata è, in realtà, un piccolo manuale di sopravvivenza che la natura ha scritto in milioni di anni — e che la scienza sta ancora imparando a leggere.

La rana di legno non è del tutto sola in questa strategia. Anche alcune tartarughe appena nate, certi insetti e qualche altra specie di anfibio tollerano il congelamento parziale dei propri tessuti, ciascuno con il proprio cocktail di crioprotettori: oltre al glucosio, in natura si usano il glicerolo e altri zuccheri. Ciò che distingue la rana di legno è la combinazione tra l'estensione del congelamento — fino al 65-70% dell'acqua corporea — e la capacità di sopportarlo ripetutamente. Un dettaglio cruciale è il controllo dell'innesco: l'animale non lascia che il ghiaccio si formi a caso, ma sfrutta proteine e batteri presenti sulla pelle per far cristallizzare l'acqua in modo lento e ordinato negli spazi extracellulari, evitando il congelamento improvviso e devastante dell'interno delle cellule. È questa regia precisa a fare la differenza tra la morte e il risveglio primaverile.

Gli studi sulle popolazioni dell'Alaska hanno inoltre rivelato che esse accumulano riserve di crioprotettori più elevate e mostrano una tolleranza al freddo nettamente superiore rispetto ai cugini delle regioni temperate: una stessa specie, dunque, che ha calibrato la propria chimica interna sulla durezza dell'inverno locale.