La tierra está caliente y húmeda. El mar está lleno de vida. Los primeros calamares, anguilas y gusanos marinos se alimentaban de animales más pequeños. Sin embargo, no hubo movimiento en el terreno. Los animales aún no han subido a tierra. Así era la Tierra al final del Período Ordovícico, hace unos 450 millones de años. Las aguas cálidas crean condiciones perfectas para la vida silvestre. Pero eso podría cambiar pronto. Poco después, la tierra empezó a congelarse y las capas de hielo empezaron a extenderse.


Los colémbolos son antiguos. Aparecieron por primera vez hace más de 400 millones de años y pueden compartir un ancestro común con los insectos. Sin embargo, desde entonces han evolucionado en una dirección diferente a la de los insectos. Ahora sabemos que fueron los primeros animales en desarrollar proteínas anticongelantes. Fuente de la imagen: Philippe Garcelon/Wikimedia Commons

El agua que antes era cálida y hospitalaria para la vida silvestre se volvió fría e inhabitable. Especie tras especie sucumbieron. En un corto período de tiempo, la mitad de toda la vida fue eliminada como parte de la segunda peor extinción masiva en la historia de la Tierra.

La vida durante el período Ordovícico era muy diferente a la actual. La tierra es árida y sin vida, pero el mar está lleno de vida. Los calamares y las anémonas de mar que se muestran aquí son particularmente dominantes. Pero los colémbolos también están presentes en esta época. Fuente de la imagen: FritzGeller-Grimm/WikimediaCommons

Colémbolos: supervivientes con proteínas anticongelantes

Sin embargo, uno de los animales que sobrevivió fue el colémbolo. Un pequeño animal parecido a un insecto ha desarrollado una estrategia especial para combatir el frío. Las células animales han comenzado a producir proteínas que protegen a las células de la congelación.

Los colémbolos pueden haber sido los primeros animales en producir proteínas anticongelantes. Anteriormente, los científicos pensaban que los animales no empezaron a hacer esto hasta mucho más tarde. Una investigación de la Universidad de Aarhus y la Universidad de Queen en Canadá lo demuestra.

"Sabemos que las proteínas anticongelantes se han desarrollado de forma independiente muchas veces en la historia evolutiva. Los peces las tienen, los insectos las tienen y algunas arañas las tienen. Pero hasta que vimos estos resultados, no teníamos idea de que se desarrollaron tan temprano en el mundo animal", dice Martin Holmstrup.

Es profesor del Departamento de Ciencias Ecológicas de la Universidad de Aarhus y uno de los investigadores del nuevo estudio.

Los colémbolos se pueden encontrar en todas partes, incluso en su jardín.

Los colémbolos son animales pequeños, y las especies más grandes solo miden seis milímetros de largo. Tiene seis patas y dos tentáculos en la parte delantera. A primera vista parecen insectos, pero no lo son. De hecho, tiene su propia rama en el árbol evolutivo.

Hasta ahora, los investigadores han descubierto más de 9.000 especies diferentes de colémbolos y se pueden encontrar en prácticamente todas partes, incluso en el jardín. Los gusanos colémbolos suelen vivir en las capas superiores del suelo o en la hojarasca y se alimentan de pequeños hongos, bacterias y otros microorganismos.

El animal recibe su nombre de su cola bifurcada, que está sujeta debajo de su cuerpo como la varilla de una catapulta. La cola también se llama cola bifurcada y, si es atacada por un enemigo (como un tigre), el animal puede soltar rápidamente su cola y saltar hasta 10 centímetros en el aire.

Los colémbolos son beneficiosos para la salud del suelo porque ayudan a reciclar nutrientes en las plantas.

Martin Holmstrup cría casi 20 especies diferentes de colémbolos en el laboratorio. Los animales pequeños no necesitan mucho espacio. Una colonia entera podría vivir en un recipiente de vidrio, afirmó. "Los ponemos en una placa de Petri con una base de yeso, que los mantiene húmedos. Como alimento, les damos un poco de levadura seca. Eso es básicamente todo lo que necesitan", dijo.

En el experimento se utilizaron colémbolos del laboratorio de Martin. Envió muestras de los animales a tres colegas en Canadá, quienes llevaron a cabo una serie de experimentos moleculares para descubrir cuándo los animales produjeron por primera vez proteínas anticongelantes.

Como los investigadores conocen la secuencia de ADN que permite a las células producir proteínas anticongelantes, pueden buscar las mismas secuencias en todas las especies, familias y clases. También pueden calcular cuándo ocurrió la mutación que condujo al origen del gen: el período Ordovícico.

"Los cálculos muestran que los colémbolos produjeron proteínas anticongelantes mucho antes que otros animales. Esto no ocurrió hasta un millón de años después en peces e insectos. Aunque las plantas y los microorganismos, como las bacterias y las algas unicelulares, pueden haber desarrollado mecanismos similares mucho antes", afirmó.

Cómo encontrar colémbolos

Martin Holmstrup y sus colegas del Departamento de Ciencias Ecológicas recolectaron ellos mismos los colémbolos para el laboratorio. Se reunieron en Dinamarca, Islandia y Groenlandia.

No son difíciles de encontrar e incluso puedes encontrarlas en tu propio jardín.

Simplemente sigue estos pasos:

Coge un puñado de tierra u hojas del jardín y colócalo en un colador.

Coloque la luz regulable sobre el colador y coloque la bandeja debajo del colador.

El calor de las luces hace que los colémbolos busquen ambientes más frescos. Esto hará que caigan a través del colador hacia la bandeja, donde los encontrarás arrastrándose.

Aunque puedes encontrar colémbolos en casi cualquier parte del mundo, el Ártico tiene más colémbolos que cualquier otro lugar. Sólo un puñado de otros animales terrestres pueden sobrevivir al frío de Groenlandia y Canadá, lo que significa que los colémbolos pueden alimentarse de bacterias y hongos sin ser molestados.

"Las potentes proteínas anticongelantes de los colémbolos les permiten sobrevivir en zonas frías, donde sólo tienen que compartir su alimento con algunos otros gusanos e insectos. Y no tienen muchos enemigos naturales", afirma Martin Holmstrup.

En invierno, cuando bajan las temperaturas del Ártico, los colémbolos comienzan a producir proteínas anticongelantes. También se les llama "proteínas fijadoras de hielo" porque pueden adherirse a la superficie de pequeños cristales de hielo e impedir que crezcan. Cuando el suelo se congela, los animales terrestres entran en estrecho contacto con los cristales de hielo, por lo que las proteínas anticongelantes desempeñan un papel importante para evitar que el hielo se propague por el cuerpo del animal y lo mate.

"Como nosotros y la mayoría de los otros animales, los colémbolos no pueden sobrevivir si su 'sangre' se congela. Las proteínas anticongelantes ayudan a prevenir esto", dijo.

Los colémbolos vienen en muchas formas y tamaños, con más de 9.000 especies diferentes. Estas son solo la cantidad de especies que encontramos. Los investigadores estiman que hay el doble de especies de colémbolos o más. Crédito de la imagen: Andy Murray/Wikimedia Commons

seco como pasas

Sin embargo, esta proteína especial no es la única capacidad de los colémbolos para sobrevivir al frío ártico, sino que tienen otra forma de sobrevivir.

"Como todo ser vivo tiene moléculas de agua dentro de sus células, somos muy susceptibles a las temperaturas bajo cero. Si el agua se congela, las células se destruyen. Para evitarlo, los colémbolos se secan y entran en una especie de hibernación durante el invierno", explica Martin Holmstrup.

Cuando los colémbolos hibernan, su metabolismo se ralentiza tanto que los científicos no pueden medirlo. Sin embargo, cuando llega la primavera, vuelven a absorber agua en sus cuerpos y reinician su metabolismo.

"Se pueden comparar con las uvas que se secan para convertirlas en pasas, un proceso que recuerda a la liofilización. Durante el invierno, los colémbolos se encogen y se convierten en pequeños bichos arrugados. Luego, cuando llega la primavera, absorben agua y se hinchan hasta alcanzar su tamaño normal", dijo.

También se encuentra en pescado que debería haber sido congelado hasta morir.

Cómo sobreviven ciertas especies animales en las regiones más frías de la Tierra ha sido un misterio durante años. No fue hasta mediados del siglo pasado que los científicos descubrieron las proteínas anticongelantes que permiten a los animales afrontar el frío.

Durante décadas, los científicos se han preguntado cómo los peces del Ártico pueden nadar en aguas tan frías como -1,8 grados Celsius. El agua de mar tiene un punto de congelación bajo debido a su contenido en sal. La sangre de pescado, por el contrario, tiene un punto de congelación de -1 grados centígrados, por lo que no puede evitar congelarse en el agua.

"Ha sido durante mucho tiempo un misterio cómo sobreviven los peces en aguas heladas. Sin embargo, a finales de los años 1960, el investigador estadounidense Arthur DeVries pudo aislar proteínas que se encuentran en los peces del Ártico y que, según descubrió, evitan que se forme hielo en las células y en la sangre del pez, incluso si el pez estuvo sobreenfriado durante toda su vida", explica Martin Holmstrup.

Desde entonces, los investigadores han descubierto proteínas anticongelantes en muchos otros animales, plantas y microorganismos. Estas proteínas anticongelantes se utilizan actualmente en la industria.

Historia y aplicaciones de las proteínas anticongelantes.

Hoy en día, muchos alimentos se compran y venden como comidas congeladas. El problema, sin embargo, es que los alimentos congelados pueden cambiar si empiezan a formarse cristales de hielo. A menudo reducen el sabor y la textura de los alimentos.

Sin embargo, esta afección se puede prevenir con proteínas anticongelantes especiales, explica Martin Holmstrup:

"El gen que codifica la proteína anticongelante de pescado se ha copiado en cultivos de células de levadura industriales. Esto permite que la levadura produzca proteínas muy útiles que luego se pueden agregar a diferentes alimentos", dijo.

Uno de los alimentos especialmente potentes en cuanto a proteínas es el helado.

"Sé que Unilever utiliza proteínas en sus helados, ya que ayudan a crear una textura realmente encantadora. El helado también se puede descongelar y volver a congelar sin convertirse en cristales de hielo duro. A largo plazo, este efecto podría usarse para la criopreservación de órganos trasplantados. Otras industrias, como la aeroespacial y la de turbinas eólicas, también están experimentando con estas proteínas. Esperan que estas proteínas protejan las alas de los aviones de la formación de hielo y de la necesidad de descongelarlas".