JOSÉ EDUARDO CARVALHO/UNIFESPCuando la lluvia se abate sobre el semiárido del norte de Brasil, el paisaje súbitamente se altera. En un santiamén se forman ríos, se llenan lagunas y del suelo brotan centenares de sapos. Así son las cosas cerca de Angicos, en el centro del estado de Río Grande do Norte. Allí, los sapos Pleurodema diplolistris pasan los 10 u 11 meses anuales de sequía enterrados en la arena, de donde salen los machos cantando al unísono, como si fueran una enorme sirena, y luego saltan hacia la laguna más próxima. Atraídas por el coro, las hembras eligen a sus parejas y liberan decenas de óvulos que, una vez fecundados, son envueltos en una sustancia viscosa parecida a la clara de huevo que el macho deja en punto nieve. Al cabo de uno o a lo sumo dos meses, cuando las lluvias paran y los ríos desaparecen como por arte de magia, los sapitos recién nacidos tienen que estar completamente formados y listos para enterrarse en la arena. La comprensión referente al motivo por el cual estos anfibios resisten tanto tiempo sin agua y sin alimento ha sido uno de los enigmas que exploraron los fisiólogos Carlos Navas, de la Universidad de São Paulo (USP), y José Eduardo Carvalho, del campus de Diadema de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp).
Durante todo el período en que sin lluvias, los Pleurodema se mantienen enterrados y sin comer, en estivación, que es el correspondiente en el verano a la hibernación, que es cuando los animales pasan el invierno en letargo. La comprensión de los procesos fisiológicos que hacen esto posible es el punto de encuentro de los proyectos coordinados por ambos investigadores: el de Navas, que une fisiología y conservación en el contexto de los cambios del clima, y el de Carvalho, sobre fisiología comparada de reptiles y anfibios, en el ámbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) de Fisiología Comparada, ambos con financiamiento de la FAPESP. “En la estivación, la inactividad se registra cuando el ambiente no favorece”, explica Carvalho, “cuando la temperatura es alta, el metabolismo de los animales suele acelerarse, y no al contrario”. Con miras a juntar el conocimiento sobre aspectos variados –tales como la actividad de los genes, los efectos en los músculos y lo que se ve en el registro fósil– en animales distintos –de esponjas a mamíferos–, ambos investigadores editaron el libro Aestivation: molecular and physiological aspects, con autores de varios países, publicado este año por la editorial internacional Springer. “La síntesis de cada capítulo puede ayudarnos a definir cuáles son los mecanismos comunes a grupos diferentes”, dice Navas.
Pese a esa agrupación de trabajos, no existe todavía un consenso que defina a la estivación en términos ecológicos y fisiológicos. Tal vez nunca exista, dado que cada organismo adopta un conjunto propio de soluciones ante las dificultades que impone el ambiente. El caso de los anfibios, incluyendo los resultados de la investigación paulista, está expuesto en el capítulo del libro escrito por Carvalho, Navas e Isabel Cristina Pereira, cuya maestría contó con la dirección de ambos. Ellos verificaron que el Pleurodema no entra en un estado de entumecimiento tan pronunciado como las especies estudiadas en otros países: estos sapos permanecen enterrados en la arena con los ojos abiertos, y cuando uno los descubre, salen inmediatamente saltando. “Es un estado de depresión fisiológica moderado”, así lo define Carvalho. Asimismo, el grupo liderado por Carlos Jared, del Instituto Butantan, había observado que este anfibio de la Caatinga no forma capullos. En un mes de preparación para la sequía, el sapo australiano Neobatrachus aquilonius secreta 45 capas de piel que forman un envoltorio que parece una masa de hojaldre; el Scaphiopus couchii, de los desiertos norteamericanos, tarda alrededor de cuatro horas para salir del letargo cuando es perturbado.
Fisiología
Durante el estío, el estómago de los Pleurodema está vacío, el intestino atrofiado y las masas de grasa forman el 12% del peso. El ovario de las hembras está lleno, listo para liberar los óvulos ni bien llueva. Isabel llevó algunos de estos animales al laboratorio para medir el uso de oxígeno, una variable que indica el gasto de energía, y verificó que durante la estación seca el consumo en reposo se reduce a la mitad, lo que indica una restricción de las funciones del organismo. “Son como válvulas metabólicas que se cierran”, explica Navas. Pero, cuando la investigadora forzaba a los sapos a saltar, el consumo de oxígeno no variaba de acuerdo con la humedad, lo que deja claro que ellos rápidamente vuelven a conectar todas las válvulas.
ISABEL CRISTINA PEREIRA/USPPara saber qué vías metabólicas se mantienen activas y cuáles se desconectan, el grupo examinó la actividad de diversas enzimas esenciales en el metabolismo. Constataron una caída en la actividad de las vías metabólicas dependientes de oxígeno; no porque el gas faltase, sino para ahorrar energía. Durante la sequía, el metabolismo se reduce efectivamente en el hígado y en los músculos de las patas traseras. Una baja concentración de proteínas en el corazón sugiere que ese órgano también permanece en una actividad reducida durante la estivación. Las patas, al contrario, mantienen tenores proteicos normales. Eso es lo que parece permitirles a los sapos salir saltando raudamente a cualquier momento en medio a un período de inactividad que puede extenderse por dos años, mientras que una persona que pase un mes en la cama experimentará una atrofia muscular y deberá reaprender a usar las piernas.
Carlos Jared y Marta Antoniazzi, del Instituto Butantan, también procuran agregarle piezas al rompecabezas de la Caatinga por medio de estudios de historia natural y morfología. Analizando la piel de Pleurodema en el microscopio electrónico de barrido, están viendo que la densidad de los vasos sanguíneos de la piel es mayor durante la sequía. Todavía falta concluir los análisis para tener una cuantificación completa, pero por ahora ellos creen que es la forma de mantener una eficiencia mayor de los intercambios gaseosos y la absorción de agua. “La piel de esos sapos es más espesa que en las otras especies”, explica Jared, “por eso debe ser necesaria esa mayor vascularización”.
La comprensión de la fisiología y la morfología de esos animales requiere la intervención de una ciencia de punta, pero ésta de poco sirve si no se ejecuta el trabajo más básico que consiste en observar de qué manera viven los animales. Isabel, por ejemplo, observó que al final de cada noche de amor, los sapos comen y vuelven a enterrarse en la arena. “Yo los seguía a cada uno de ellos durante la noche para ver adónde iban”, comenta. Pero no podía ni pestañear: la piel manchada de los Pleurodema los vuelve casi invisibles en la arena y en 30 segundos desaparecen de la superficie. Al día siguiente vuelven a salir del suelo, hasta que las lluvias paran.
Por ahora no se sabe dónde estiva la mayor parte de las estimadas 40 especies de anfibios que habitan la Caatinga y se lanzan de a centenares a corear y reproducirse desenfrenadamente en las lagunas recién formadas. Jared y Marta han cumplido un papel importante en lo que hace a disminuir ese desconocimiento: anualmente exploran las zonas agrestes de varios estados del nordeste para observar a los animales e intentar revelar dónde se esconden. Jared halló el lugar donde los Pleurodema pasan el verano y abrió el camino para otros estudios. “Tardé siete años para descubrirlo desde 1987, cuando empecé a ir todos los años a la Caatinga”, recuerda. “Sin su aporte, aún estaríamos buscando a los sapos”, comenta Navas, quien por tal motivo le dedicó a Jared el capítulo publicado en el libro Aestivation.
Estrategias
Año a año, el investigador del Butantan observó que a medida que el estiaje avanza y el suelo se seca, los Pleurodema parecen enterrarse cada vez más hondo, permaneciendo siempre cerca de alguna humedad, hasta 1,80 metro de profundidad. Isabel midió estas profundidades en diversos momentos del año y coincide en que los sapos realmente hacen un trayecto vertical en busca de zonas menos áridas. Midió la humedad en distintas profundidades y vio que a 40 centímetros de profundidad el agua se pierde rápidamente, lo que no sucede cuando se cava a 80 centímetros. Vio también que la temperatura se mantiene bastante estable, y los tenores de oxígeno dentro de la arena caen muy poco: del 21% en la superficie al 20,7% a 1,5 metro de profundidad. “Es como si fueran dos personas durmiendo en un cuarto cerrado”, compara Navas, “esa alteración no le hace ni cosquillas al anfibio”.
“En la Caatinga, cada anfibio se vale de una estrategia para afrontar las condiciones ambientales”, comenta Jared, quien como integrante del INCT de Toxinología, financiado por la FAPESP, busca la relación entre las toxinas de los anfibios y el ambiente de la Caatinga. Los sapos Proceratophrys cristiceps tienen de mínima el doble del tamaño de los Pleurodema y la piel cuatro veces más delgada, lo que facilitaría la absorción de agua. Otra especie, la Rhinella granulosa, es activa durante el día y tolera temperaturas de hasta 44°C, de acuerdo con un artículo escrito en colaboración entre el grupo de Navas y con el de Jared y publicado en 2007 en Comparative Biochemistry and Physiology, Part A. El grupo verificó que en los sapos jóvenes, que son diurnos, la enzima citrato sintasa, importante en el metabolismo aerobio, se mantiene estable aun a temperaturas mucho más altas de lo que los adultos nocturnos toleran. Según Jared, esta especie tiene una capa calcificada en la piel, lo que impide la pérdida de agua. Asimismo, alteraciones en la piel llevan el rocío hacia una región en la ingle especializada en la absorción. Junto con el sapo Rhinella jimi, este anfibio es el único ajeno al estiaje de la Caatinga.
La ausencia de recursos más especializados, como los capullos, puede reflejar la historia de este ambiente que se cree debe tener alrededor de 10 mil años. Es muy joven en términos evolutivos. Antes, el semiárido nordestino era un mosaico de bosques diferentes, más húmedos que lo que es actualmente ese ecosistema casi desértico y lleno de espinas. “A lo mejor los anfibios de la Caatinga no tuvieron tiempo de especializarse”, especula Navas.
Y precisamente en esa capacidad de adaptarse a los cambios ambientales se ubica el conocimiento de la fisiología de la estivación en el marco del proyecto que el investigador de la USP coordina dentro del Programa FAPESP de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales. “Los eventos extremos serán cada vez mayores, debemos evaluar la capacidad que la fauna tiene para afrontar los desafíos fisiológicos que los cambios imponen”, comenta, que así pretende poner a la fisiología al servicio de la conservación en el contexto de los cambios del clima. “¿Qué pasará si la sequía se hace más larga, si la lluvia se concentra más? ¿Los anfibios tendrán tiempo de reproducirse?”
Los proyectos
1. Effects of global climate change of the brazilian fauna: a conservation physiology approach (nº 2008/57687-0); Modalidad Proyecto Temático – Programa FAPESP de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales; Coordinador Carlos Arturo Navas Iannini – IB/ USP; Inversión R$ 1.007.071,66
2. Instituto Nacional de Investigaciones en Fisiología Comparada (nº 2008/57712-4); Modalidad Proyecto Temático; Coordinador Augusto Shinya Abe – Unesp-Rio Claro; Inversión R$ 200.000,00
Artículo científico
CARVALHO, J. E. et al. Energy and water in aestivating amphibians. In: Aestivation. Carvalho, J. E. y Navas, C. A., eds. p. 141-169. 2010.
