En los anuros, existen tres sistemas fisiológicos que están encargados de regular el metabolismo de los carbohidratos: las hormonas de los islotes pancreáticos, los corticosteroides en la glándula hipófisis y finalmente el sistema de hormonas tiroideas en la glándula tiroides (McNabb, 1969). Por ejemplo, en anuros que habitan en zonas áridas y semiáridas (con periodos marcados de lluvia y sequía), como es el caso de Xenopus laevis, se ha observado que la degradación del glucógeno es regulada directamente por hormonas esteroideas, las cuales son altamente sensibles a los cambios de las condiciones ambientales como dieta disponible, temperatura y humedad. (Hanke & Neumann, 1972). También se ha logrado establecer que en especies invasoras como Rhinella marina los altos niveles de glucocorticosteroides pueden ligarse con una alta tasa de dispersión, esto se encuentra regulado por un complejo sistema de interacción con la actividad locomotora, cambios de temperatura y factores de estrés, otras consecuencias de la presión ambiental sobre estos organismos se pueden explicar a través del eje hipotálamo-hipófisis-interrenal, como se observa en la Figura 1 (Brown, Shilton, Phillips & Shine, 2007; Llewellyn, Thompson, Brown, Phillips & Shine, 2012 ; Assis, Gardner, Smith, Gomes & Mendonça, 2020).

Figura 1

Existen diversos métodos para medir la tasa metabólica estándar (TMS) en vertebrados, el más simple y utilizado en anuros es la calorimetría indirecta y el consumo de oxígeno (Lighton, 2008). El efecto de los cambios fisiológicos y ecológicos sobre este factor han sido estudiados durante décadas en los anfibios, así como en otros grupos con mecanismos de termorregulación similares (Glazier, 2005; Labra, Marquet & Bozinovic, 2007). Sin embargo, investigaciones recientes han permitido añadir análisis filogenéticos, los cuales sugieren que las variaciones de la (TMS) en la clase Amphibia son producto de la evolución fisiológica adaptativa y no permiten diferenciar a cada orden (Nespolo, Figueroa & Solano-Iguaran, 2017). Lo anterior, es intrigante porque contrasta con los resultados de Chong & Mueller (2013), quienes señalan a los anuros como poseedores de una (TMS) superior a la de las salamandras y cecilias.

Durante los años que siguieron al 2000, los estudios sobre carbohidratos en anuros se enfocaron en determinar las adaptaciones que permiten la criopreservación en algunas especies, ya que se consideraba que la glucosa era un factor destacado para garantizar la supervivencia de estos organismos cuando se exponían a temperaturas por debajo de los 0 °C. Sin embargo, se desconocía si las reservas de la glucosa provenían del músculo o del hígado del animal. La investigación realizada por Steiner, Petenusci & Brentegani (2000) logró determinar que es el glucógeno del hígado quien auxilia la falta de degradación de la glucosa producida por el frío, manteniéndose el glucógeno constante en los músculos. Pese a esto, puede no ser el único mecanismo responsable de la intolerancia a la congelación en grupos que carecen de esta adaptación.

El mecanismo de la glucosa como crioprotector generalmente funciona al reducir el punto de fusión de los fluidos corporales, disminuyendo la formación de cristales de hielo y el estrés osmótico relacionado a la temperatura del organismo. Además, estabiliza a las macromoléculas, protege a la membrana celular, y facilita otras respuestas fisiológicas al estrés por congelamiento, como la deshidratación de los órganos (Costanzo, Lee & Wright, 1991). Cabe señalar que para que este proceso sea efectivo, la glucosa suele diluirse con otros compuestos químicos producto del metabolismo, como la urea, que se ha estudiado en Lithobates sylvaticus (MacDonald, Degenhardt, Baynes & Storey, 2000).

La temperatura es una variable fundamental para comprender la variación en los niveles de glucosa en sangre y otros tejidos de especies de anuros adaptados a la criopreservación, así lo han reportado varios autores desde finales del siglo XX (Layne & Lee, 1987; Costanzo, Wright & Lee, 1992; Dinsmore & Swanson, 2008). Además, se conoce que importantes reguladores del metabolismo de los carbohidratos en anuros como son los corticosteroides varían con la temperatura a través de diferentes épocas del año (Hanke & Neumann, 1972). Esto se evidencia en otras investigaciones como la que fue llevada a cabo por Rodríguez, Bustos & Sanabria (2019) donde se logró determinar que la concentración de la glucosa plasmática en Rhinella spinulosa tiene un aumento drástico cuando las temperaturas anuales oscilan entre los 0 y los -1,6 °C.

Se ha reportado un aumento en las enzimas que median procesos como la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, disminución significativa de los electrolitos, aumento de la glucemia, niveles bajos de hematocrito, eritrocitos y la hemoglobina durante la etapa de invierno en anuros como Lithobates catesbeianus , especie que ha servido como modelo biológico para entender los cambios fisiológicos y metabólicos de factores como la temperatura, la alimentación y el crecimiento en anuros (Coppo, Mussart, Fioranelli, Barboza & Koza, 2005).

A pesar de las adaptaciones desarrolladas para tolerar los cambios en la temperatura, se describió que diferentes especies tienen una selectividad térmica para potenciar el retorno energético, mientras que al realizar los procesos de ingestión del alimento, digestión, absorción y asimilación por encima de estas preferencias el proceso ocurre más rápido, pero con un menor rendimiento energético, como se estudió en Leptodactylus latrans (Timpone, Gavira & Andrade, 2019)

Gran parte de los vertebrados se adaptan a un tipo específico de hábitat, por lo que conservan un mismo estilo de vida después del nacimiento. No obstante, los cambios fisiológicos y morfológicos que presentan los anuros a causa de la metamorfosis implican la alteración de estas dinámicas durante las diferentes etapas del desarrollo (Dickhoff, 1993). El proceso de la metamorfosis es posible gracias a la regulación coordinada de todos los aspectos del metabolismo de un organismo, incluyendo las biomoléculas de reserva energética como los lípidos. (Sheridan, 1994).

Una estrategia común en el metabolismo de los lípidos es la presencia de una primera fase de acumulación en los sitios de almacenamiento, esto es producto de la lipogénesis que prima sobre la lipólisis. Por el contrario, la segunda fase se caracteriza por la disminución de las reservas lipídicas con un aumento considerable de la lipólisis sobre la lipogénesis. Estos procesos de regulación y movilización aseguran la disponibilidad de lípidos en momentos críticos, además obedecen a diferentes estímulos internos como la interacción entre hormonas y externos como la temperatura y la humedad entre otros (Sheridan & Kao, 1998).

Numerosos autores se han encargado de estudiar la importancia de la dieta sobre la metamorfosis en anuros desde diferentes enfoques como la ecología, fisiología, biología del desarrollo y la bioquímica, donde se ha podido establecer que a pesar de que la mayoría de los renacuajos son considerados herbívoros, existen diversas especies con hábitos de canibalismo, ovofagia, coprofagia y depredación, los renacuajos de diversas especies crecen y se desarrollan más rápidamente cuando hay un alto consumo de proteínas.

Este aumento en la ingesta de proteínas en la dieta, permitió evolutivamente que la función del sistema tiroideo se especializara en regulaciones metabólicas y fisiológicas; por ejemplo la transformación de la tiroxina (T4) a, 3,5,3'-triyodotironina (T,) induce el ciclo de metamorfosis en anfibios, esta transformación depende de la disponibilidad de la proteína en el hábitat (Wynne & Bold, 1985). Las principales fuentes alimenticias de los renacuajos suelen ser algas filamentosas verdes y diatomeas, estas últimas almacenan el exceso de fotosintatos en forma de lípidos, aparte de ser ricas en proteínas debido a su estado de simbiosis con cianobacterias fijadoras de nitrógeno (Wynne & Bold, 1985), los renacuajos que tienen esta dieta se desarrollan más rápido y alcanzan mayores tamaños (Kupferberg, 1997). Se debe resaltar que pese a la existencia de larvas (renacuajos) que tienen un alto requerimiento proteico y lipídico, las fuentes nutricionales y hábitos de forrajeo son muy distintos a los del adulto, lo que representa una ventaja ecológica, ya que se evita la competencia entre larvas y adultos.

Los estudios enfocados en dilucidar los mecanismos bioquímicos relacionados con la metamorfosis en anuros, han encontrado un aumento de las hormonas tiroideas como la: (Weber, Farrar, Tom & Grau, 1994), somatostatina (King & Millar, 1981), prolactina, hormona del crecimiento, aldosterona, corticosterona (Jolivet-Jaudet & Leloup-Hatey, 1984; Kikuyama, Suzuki & Iwamuro, 1986), hormona liberadora de la tirotropina (King & Millar, 1981; Balls, Clothier, Rowles, Kiteley & Bennett, 1985) y una disminución en los niveles de insulina. Todos estos hallazgos se acompañan de una compleja regulación fisiológica durante el proceso de la metamorfosis, que tiene un efecto directo o indirecto sobre los cambios en el metabolismo de los lípidos, que es especialmente relevante en la obtención de moléculas como el colesterol, que sirve como precursor de las hormonas, que a su vez están involucradas en los cambios del metabolismo de los carbohidratos durante la metamorfosis. La interacción entre los factores bioquímicos y fisiológicos en el metabolismo de los lípidos con efectos sobre la metamorfosis se puede observar en la Figura 2.

Figura 2

La aclimatación se refiere a los cambios fisiológicos o de comportamiento que ocurren en un organismo en respuesta al estrés causado por cambios en los factores climáticos en ambientes controlados, como la temperatura (Hart, 1957). Esta característica se convierte en un rasgo crucial para que los organismos puedan colonizar diferentes nichos.

Ceballos (1999) investigó las biosíntesis de la aldosterona en los anuros, donde trató temas relacionados con las adaptaciones metabólicas a los cambios de temperatura, se presumía que estos poseían la propiedad homeoviscosa, que consiste de forma superficial en la capacidad de someter los enlaces entre carbonos y las enzimas de la membrana celular a cambios conformacionales, logrando modificar los puntos de fusión de los fosfolípidos en la membrana celular, manteniéndola en un estado de fluido bajo casi cualquier cambio térmico permitiéndole seguir con sus funciones biológicas corrientes como se había estudiado ampliamente en otros organismos como Escherichia coli (Sinensky, 1974), en Tetrahymena pyriformis (Kasai et al., 1976) y en peces (Cossins & Prosser, 1978), debido al alcance de estudios previos no se logró conocer la importancia de la homeoviscocidad en los anfibios, pese a esto no se descarta la posibilidad de estudiar los cambios en la saturación de los lípidos como un sistema fisiológico-bioquímico para la aclimatación en poiquilotermos.

Los anuros se caracterizan por emitir una gran variedad de cantos y sonidos que conforman un sistema complejo de comportamiento y comunicación (Cocroft & Ryan, 1995; Dapper, Baugh & Ryan, 2011). La estructura de la señal acústica en anuros ha sido considerada única entre cada especie como una estrategia de aislamiento reproductivo (Gerhardt, 1994) y, por lo tanto, ha sido utilizada para el reconocimiento de nuevas especies crípticas (Heyer, García-Lopez & Cardoso, 1996). A causa de esto, se ha decidido indagar sobre la fuente energética que sustenta este comportamiento en la familia Hylidae, esperando que fueran los cuerpos grasos quienes apoyaran esta labor que suele durar toda la noche, sin embargo, los resultados de Carvalho, Gomes & Navas (2008), reflejan que no hay un cambio entre el contenido total de lípidos en el músculo del tronco y la tasa de llamadas entre diferentes especies, lo que podría deberse a diferentes aspectos metabólicos para prevenir la formación de cuerpos cetónicos dañinos como resultado del catabolismo de los ácidos grasos.

La característica de no hacer uso de las reservas lipídicas en formas de cuerpos grasos pese a realizar una acción con alto gasto energético, no está restringida al canto pues Antoniazzi, López, Duré & Falico (2012) estudiaron la alimentación de dos especies de anfibios (Anura: Hylidae) en la estación de bajas temperaturas y su relación con la acumulación de energía, encontrando que la especie Hypsiboas pulchellus se caracterizaba por el poco desarrollo de los cuerpos grasos y el bajo índice de vacuidad gastrointestinal pese a tener un periodo de actividad muy prolongado que se extiende hasta las estaciones más frías.

Los anuros son un orden que resalta por su alta diversidad sobre otros grupos taxonómicos (Frost, 2021). La familia Dendrobatidae de ranas neotropicales ha sido objeto de estudio durante varios años debido a la presencia de alcaloides tóxicos, acompañada de una respuesta aposemática como mecanismo de defensa ante los depredadores, para esta familia en particular se ha demostrado la naturaleza exógena de sus alcaloides que son extraídos a través de una dieta específica de artrópodos (Darst, Menéndez Guerrero, Coloma & Cannatella, 2005). Estas sustancias son descritas como un conjunto de compuestos orgánicos nitrogenados que derivan del metabolismo de los aminoácidos, son débilmente alcalinos, presentan una complejidad molecular moderada y generan alteraciones fisiológicas generalmente nocivas en los organismos (Daily, Myers & Whittaker,1987).

Actualmente en los anfibios se han encontrado y descrito más de 800 tipos de alcaloides lipofílicos, además de 30 aminas biogénicas y 266 péptidos (Daily, Myers & Whittaker, 1987; Proaño & Rivera, 2005). Todos estos compuestos han demostrado utilidad no solo para evitar la depredación, sino también como herramienta para evitar la infección por microorganismos (Daily, Spande & Garraffo, 2005) lo que los convierte en una posibilidad cada vez más grande de bioprospectos para la industria farmacéutica (Gutiérrez, Morales & Pino, 2018.). Por lo tanto, conocer las características más relevantes del metabolismo de los aminoácidos en anuros podría ayudar a comprender las diferentes rutas metabólicas que les permiten acumular una gran variedad de moléculas tóxicas provenientes de otros organismos (Gómez Fernández, Castaño, Fierro, Armbrecht & Asencio-Santofimio, 2013).

La mayoría de los tejidos en vertebrados tienen al menos una capacidad limitada para realizar algunos de los procesos del metabolismo de los aminoácidos. Sin embargo, el hígado es el componente esencial del metabolismo del nitrógeno e interviene en la regulación de los niveles de aminoácidos en sangre, es la principal reserva de glucógeno en actividades de alto consumo energético como la vocalización y la depuración de sustancias tóxicas. Algunos anuros como la rana Andinobates minutus (Dendrobatidae) han mostrado la particular eficacia del hígado, al presentar una menor producción de bilirrubina en comparación con otros órdenes, otorgándole una singular resistencia a la ictericia, pese a esto se desconoce la naturaleza de esta adaptación (Federico, 2011). A medida que las relaciones filogenéticas se ramificaron entre caudados y anuros, estos últimos, desarrollaron un hígado con características histológicas idénticas a los mamíferos. Por otro lado, los órdenes Caudata y Gymnophionade poseen estructuras del tejido hematopoyético en la región perihepática subcapsular y en el campo portal, de las que carecen los anuros. Lo anterior podría dilucidar tanto diferencias fisiológicas como bioquímicas en el desarrollo del sistema inmunológico del bazo y la médula ósea (Akiyoshi & Inoue, 2012).

Los anuros adultos son animales ureotélicos como el resto de los anfibios, es decir, que excretan urea como resultado del exceso de nitrógeno, el ciclo de la urea es una característica de la que carecen en su estado larval y la adquieren durante la metamorfosis a través de la producción de hormonas en la hipófisis, que estimulan la expresión de genes que codifican para las enzimas que realizan este proceso (Grundy & Storey, 1994). La aparición de la capacidad para sintetizar la urea se encuentra a la par con el desarrollo de adaptaciones que permiten su almacenamiento (Balinsky, 1981).

Una gran cantidad de anfibios tanto anuros como caudados rana, ranas Fejervarya cancrivora, Bufouiridis y Xenopus laevis se encuentran entre los organismos más estudiados con esta capacidad. Sucede que en respuesta a un ambiente salino, se observa aumento del sodio y cloruro en el plasma, además de aumento de potasio y cloruro intracelular, los aminoácidos libres contribuyen poco a la osmolaridad del plasma, pero son indispensables en la regulación de fluidos intracelulares, lo que contribuye a mantener el equilibrio de la presión osmótica de los fluidos corporales siempre que estos se mantengan a un nivel más alto que el entorno (Balinsky, 1981).

Los resultados de las investigaciones realizadas en anuros eurihalinos durante mediados de la década de los 60 y principios de los 80 describen el aumento significativo de los aminoácidos libres no esenciales en el músculo en respuesta al aumento de la salinidad, especialmente de glicina y alanina, también se encontró que en salinidades muy altas se presentaba un menor aumento de todos los aminoácidos libres en el plasma (Gordon, 1965; Baxter & Ortiz, 1966; Colley, Rowe, Huggins, Elliott & Dicker, 1972; Balinsky, Dicker & Elliott, 1972). Esto refleja un aumento en el catabolismo proteico que genera nitrógeno para la síntesis de la urea, compuesto con una función directa en la osmorregulación del organismo (Balinsky et al., 1972).

La familia de proteínas de las acuaporinas cumple funciones como la apropiada concentración de orina, secreciones glandulares y reabsorción de fluidos, en anuros, estas también regulan las respuestas fisiológicas ante cambios en el ambiente, incluso durante la metamorfosis, además de cumplir un papel fundamental en la osmorregulación del organismo (Krane & Goldstein, 2007). Se conoce que los anuros presentan hasta 6 clases de acuaporinas, de las que 2 son propias de este orden (Suzuki, Hasegawa, Ogushi & Tanaka, 2007), siendo identificadas principalmente en piel, vejiga y grasa corporal (Ma, Baoxue & Verkman, 1996; Virkki, Franke, Somieski & Boron, 2002; Zimmerman et al., 2007). Lo anterior puede estar ligado con la capacidad que tienen algunas especies de anuros como Bufo cognatus en almacenar en su vejiga hasta el 30% de su peso corporal en orina, previniendo la deshidratación y actuando como amortiguador en situaciones de estrés osmótico debido a la alta concentración de urea (Ruibal, 1962).

Posterior a la fase larval, la urea cobra un papel fundamental en la osmorregulación de los anuros de agua dulce como la Rana cancrivora, ya que estos presentan una relación hiperosmótica con respecto al medio, lo que puede generar sobrehidratación y pérdida de electrolitos que pasan al agua con una menor concentración de sales. La emisión de urea diluida en orina puede servir como una solución hipotónica que acompañada de procesos fisiológicos como la resorción tubular de sales y la absorción cutánea de electrolitos ayudarían a mantener la homeostasis en el organismo (Eckert, Randall & Augustine, 1992).

Balinsky (1981) afirmó que no se conocía ningún anfibio con la capacidad de sobrevivir cuando su ambiente interno es hiposmótico diferente al entorno en el que vive, a excepción de los renacuajos de la Rana cancrivora. Cuando esta especie se encuentra en etapa adulta la sangre se mantiene hiperosmótica con respecto al medio, incluso en condiciones de alta salinidad, su orina posee solo un 10% de los elementos en el plasma, además de una menor concentración de sales y bajos niveles de urea, que evidencian la función del compuesto nitrogenado a mantener la hiperosmolaridad con el medio (Wilson, 1989).