A52 Hipotermia y congelación

Tópico

El insecto que enfrenta temperaturas bajo cero no responde de una sola manera al frío, sino que sigue una de dos estrategias completamente distintas frente a la hipotermia y la congelación: el insecto tolerante al congelamiento permite que una parte de su agua extracelular se congele, mientras que el insecto intolerante al congelamiento hace exactamente lo contrario y evita a toda costa que el hielo llegue a formarse dentro de su cuerpo, manteniendo su agua líquida incluso por debajo del punto de congelación —un estado conocido como sobreenfriamiento.

Ambas estrategias del insecto dependen, en el fondo, del mismo fenómeno físico: la nucleación del hielo, es decir, el momento en que se forma el primer cristal de hielo dentro del agua del insecto. Esa nucleación sigue una cinética altamente no lineal: la velocidad con que aparecen nuevos cristales depende exponencialmente de una barrera de energía crítica que hay que superar para que un cristal se forme, y esa barrera a su vez depende fuertemente de la tensión interfacial del agua —cuanto mayor es esa tensión, más alta es la barrera— y disminuye mucho cuanto más se enfría el agua por debajo de su punto de congelación, con más fuerza cuanto mayor es ese enfriamiento por debajo de dicho punto.

Esta barrera de energía que impide la nucleación puede, sin embargo, reducirse drásticamente si en el agua del insecto hay pequeñas partículas nucleantes, como bacterias o polvo, que le ofrecen al hielo una superficie sobre la cual formarse con más facilidad: este proceso, conocido como nucleación heterogénea, es justamente el riesgo que más amenaza al insecto intolerante al congelamiento, que depende de que esa barrera se mantenga alta para seguir sobreenfriado.

Una vez que la nucleación del hielo ya ocurrió, la fracción del agua del insecto que termina congelada no crece de forma constante en el tiempo, sino siguiendo una curva sigmoidal, tal como describe la ecuación de Avrami para la transformación de fase: primero avanza lento, luego se acelera, y finalmente vuelve a ralentizarse a medida que casi toda el agua disponible ya se congeló.

Tanto el insecto tolerante como el intolerante al congelamiento cuentan, además, con defensas moleculares propias: las proteínas anticongelantes y los crioprotectores, como el glicerol y la trehalosa, deprimen el punto de congelación del agua del insecto, ampliando el margen de temperatura en el que el insecto puede seguir sobreenfriado sin que el hielo llegue a nuclear. Al mismo tiempo, estas mismas moléculas modifican la velocidad con que crecen los cristales de hielo una vez que la congelación ya comenzó, dándole al insecto tolerante al congelamiento más control sobre cómo se forma ese hielo dentro de su cuerpo.

Qué tan dañina resulta, en definitiva, la congelación para el insecto —ya sea porque la eligió como estrategia o porque su sobreenfriamiento falló— depende sobre todo de la velocidad con que se forman los cristales de hielo dentro de su cuerpo: si la congelación avanza lentamente, se forman cristales grandes fuera de las células del insecto, que deshidratan esas células por ósmosis pero permiten que el insecto sobreviva; en cambio, si la congelación avanza rápidamente, se forman cristales dentro de las propias células del insecto, y esos cristales intracelulares resultan letales.

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