Rana de garras africana

La rana de garras africana (Xenopus laevis, también conocida como xenopus, sapo de garras africano, rana de garras africana o platanna) es una especie de rana acuática africana de la familia Pipidae. Su nombre se debe a las tres garras cortas que tiene en cada pata trasera y que utiliza para desgarrar su comida. La palabra Xenopus significa «pie extraño» y laevis significa «suave».

La especie se encuentra en gran parte del África subsahariana (desde Nigeria y Sudán hasta Sudáfrica), y en poblaciones aisladas e introducidas en Norteamérica, Sudamérica y Europa. Todas las especies de la familia Pipidae no tienen lengua ni dientes y son completamente acuáticas. Utilizan las manos para meterse la comida en la boca y en la garganta y una bomba hiobranquial para aspirar o succionar cosas en la boca. Los pípidos tienen potentes patas para nadar y lanzarse a por la comida. También utilizan las garras de sus patas para arrancar trozos de comida grandes. No tienen tímpanos externos, sino discos cartilaginosos subcutáneos que cumplen la misma función. Utilizan sus dedos sensibles y su sentido del olfato para encontrar comida. Los pípidos son carroñeros y comen casi cualquier cosa viva, moribunda o muerta y cualquier tipo de residuo orgánico.

Descripción

Estas ranas abundan en los estanques y ríos del sureste de África subsahariana. Son acuáticas y suelen ser de color gris verdoso. Las variedades albinas se venden habitualmente como mascotas. Las ranas de uñas africanas «de tipo salvaje» también se venden con frecuencia como mascotas, y a menudo se etiquetan incorrectamente como rana del Congo o rana enana africana debido a sus coloraciones similares. Se distinguen fácilmente de las ranas enanas africanas porque las ranas de garras africanas sólo tienen membranas en las patas traseras, mientras que las ranas enanas africanas tienen membranas en las cuatro patas.

Se reproducen fecundando los huevos fuera del cuerpo de la hembra (ver reproducción de las ranas). De las siete modalidades de amplexus (posiciones en las que las ranas se aparean), estas ranas se encuentran reproduciéndose en el amplexus inguinal, en el que el macho agarra a la hembra por delante de las patas traseras de ésta y aprieta hasta que salen los huevos. Los huevos son entonces fecundados.

Las ranas con garras son los únicos anfibios que tienen garras reales utilizadas para trepar y triturar alimentos como peces o renacuajos. Ponen sus huevos desde el invierno hasta la primavera. Durante las épocas de lluvia se desplazan a otras charcas o charcos de agua para buscar alimento. En épocas de sequía, las ranas con garras pueden enterrarse en el barro, quedando inactivas hasta un año.

Se sabe que el Xenopus laevis sobrevive 15 o más años en la naturaleza y 25-30 años en cautividad. Mudan su piel cada temporada y se comen su propia piel mudada.

Aunque carecen de saco vocal, los machos realizan una llamada de apareamiento de trinos largos y cortos alternados, contrayendo los músculos laríngeos intrínsecos. Las hembras también responden vocalmente, señalando la aceptación (un sonido de golpeo) o el rechazo (un lento tic-tac) del macho. Esta rana tiene una piel lisa y resbaladiza que es multicolor en el dorso con manchas de color gris oliva o marrón. La parte inferior es de color blanco cremoso con un matiz amarillo.

Las ranas macho y hembra pueden distinguirse fácilmente por las siguientes diferencias. Las ranas macho suelen ser un 20% más pequeñas que las hembras, con cuerpos y patas delgados. Los machos hacen llamadas de apareamiento para atraer a las hembras, que suenan muy parecido a un grillo llamando bajo el agua. Las hembras son más grandes que los machos, pareciendo mucho más regordetas con protuberancias en forma de cadera por encima de sus patas traseras (donde se encuentran sus huevos internamente).

Tanto los machos como las hembras tienen una cloaca, que es una cámara por la que pasan los desechos digestivos y urinarios y por la que también se vacían los sistemas reproductivos. La cloaca se vacía a través del respiradero, que en los reptiles y anfibios es una única abertura para los tres sistemas.

En la naturaleza

El monogénico Protopolystoma xenopodis, un parásito de la vejiga urinaria del Xenopus laevis

En la naturaleza, el Xenopus laevis es nativo de los humedales, estanques y lagos de las regiones áridas y semiáridas del África subsahariana. El Xenopus laevis y el Xenopus muelleri se encuentran a lo largo del límite occidental del Gran Rift Africano. La población subsahariana suele estar muy familiarizada con esta rana, y algunas culturas la utilizan como fuente de proteínas, afrodisíaca o como medicina para la fertilidad. Dos brotes históricos de priapismo se han relacionado con el consumo de ancas de rana procedentes de ranas que comían insectos que contenían cantaridina.

Los Xenopus laevis en estado salvaje están comúnmente infectados por varios parásitos, incluyendo monogéneos en la vejiga urinaria.

Uso en investigación

Los embriones y huevos de Xenopus son un sistema modelo muy popular para una gran variedad de estudios biológicos. Este animal es ampliamente utilizado debido a su poderosa combinación de trazabilidad experimental y su estrecha relación evolutiva con los seres humanos, al menos en comparación con muchos organismos modelo. Para una discusión más completa del uso de estas ranas en la investigación biomédica, véase Xenopus.

A principios de la década de 1930, dos investigadores sudafricanos, Hillel Shapiro y Harry Zwarenstein, que eran estudiantes de Lancelot Hogben en la Universidad de Ciudad del Cabo, desarrollaron una prueba de embarazo humano inyectando la orina de la mujer en una rana Xenopus laevis. Si la rana ovulaba, la mujer estaba embarazada. Esta prueba, sencilla y fiable, se utilizó universalmente entre los años 1930 y 1960.

El Xenopus ha sido durante mucho tiempo una herramienta importante para los estudios in vivo en biología molecular, celular y del desarrollo de los animales vertebrados. Sin embargo, la gran amplitud de la investigación en Xenopus se debe al hecho adicional de que los extractos libres de células hechos a partir de Xenopus son un sistema in vitro de primer orden para estudiar aspectos fundamentales de la biología celular y molecular. Así, Xenopus es el único sistema modelo de vertebrados que permite realizar análisis in vivo de alto rendimiento de la función génica y de la bioquímica de alto rendimiento. Por último, los ovocitos de Xenopus son un sistema líder para el estudio del transporte de iones y la fisiología de los canales.

Aunque X. laevis no tiene el corto tiempo de generación y la simplicidad genética generalmente deseada en los organismos modelo genéticos, es un importante organismo modelo en biología del desarrollo, biología celular, toxicología y neurobiología. X. laevis tarda de 1 a 2 años en alcanzar la madurez sexual y, como la mayoría de su género, es tetraploide. Sin embargo, tiene un embrión grande y fácil de manipular. La facilidad de manipulación de los embriones de anfibios les ha dado un lugar importante en la biología del desarrollo histórica y moderna. Una especie emparentada, el Xenopus tropicalis, se promueve ahora como un modelo más viable para la genética.

Roger Wolcott Sperry utilizó X. laevis para sus famosos experimentos que describen el desarrollo del sistema visual. Estos experimentos condujeron a la formulación de la hipótesis de la quimioafinidad.

Los ovocitos de Xenopus proporcionan un importante sistema de expresión para la biología molecular. Al inyectar ADN o ARNm en el ovocito o en el embrión en desarrollo, los científicos pueden estudiar los productos proteicos en un sistema controlado. Esto permite una rápida expresión funcional de los ADN (o ARNm) manipulados. Esto es especialmente útil en electrofisiología, donde la facilidad de registro desde el ovocito hace atractiva la expresión de canales de membrana. Uno de los retos del trabajo con ovocitos es eliminar las proteínas nativas que podrían confundir los resultados, como los canales de membrana nativos del ovocito. La traducción de las proteínas puede bloquearse o el empalme del ARNpre puede modificarse mediante la inyección de oligos antisentido Morpholino en el ovocito (para su distribución en todo el embrión) o en el embrión temprano (para su distribución sólo en las células hijas de la célula inyectada).

Los extractos de los óvulos de las ranas X. laevis también se utilizan habitualmente para los estudios bioquímicos de la replicación y reparación del ADN, ya que estos extractos soportan plenamente la replicación del ADN y otros procesos relacionados en un entorno libre de células que permite una manipulación más fácil.

El primer vertebrado que se clonó fue una rana de garras africana, un experimento por el que Sir John Gurdon recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2012 «por el descubrimiento de que las células maduras pueden reprogramarse para convertirse en pluripotentes».

Además, varias ranas de garras africanas estuvieron presentes en el transbordador espacial Endeavour (que fue lanzado al espacio el 12 de septiembre de 1992) para que los científicos pudieran probar si la reproducción y el desarrollo podían ocurrir normalmente en gravedad cero.

El Xenopus laevis también es notable por su uso en el primer método ampliamente utilizado de pruebas de embarazo, después de que Lancelot Hogben descubriera que la orina de las mujeres embarazadas inducía la producción de ovocitos de X. laevis. La gonadotropina coriónica humana (HCG) es una hormona que se encuentra en cantidades importantes en la orina de las mujeres embarazadas. En la actualidad, la HCG disponible comercialmente se inyecta en machos y hembras de Xenopus para inducir el comportamiento de apareamiento y para criar estas ranas en cautividad en cualquier momento del año.

Xenopus laevis también sirve como sistema modelo ideal para el estudio de los mecanismos de apoptosis. De hecho, el yodo y la tiroxina estimulan la espectacular apoptosis de las células de las branquias, la cola y las aletas de las larvas en la metamorfosis de los anfibios, y estimulan la evolución de su sistema nervioso transformando el renacuajo acuático y vegetariano en la rana terrestre y carnívora.

Secuenciación del genoma

Los primeros trabajos de secuenciación del genoma de X. laevis se iniciaron cuando los laboratorios de Wallingford y Marcotte obtuvieron financiación del Instituto de Texas para el Desarrollo de Medicamentos y Diagnósticos (TI3D), junto con proyectos financiados por los Institutos Nacionales de Salud. El trabajo se amplió rápidamente para incluir la reconstrucción de novo de los transcritos de X. laevis, en colaboración con grupos de todo el mundo que donaron conjuntos de datos de secuenciación de ARN Illumina Hi-Seq. La secuenciación del genoma por parte de los grupos de Rokhsar y Harland (UC Berkeley) y de Taira y colaboradores (Universidad de Tokio, Japón) dio un gran impulso al proyecto, que, con contribuciones adicionales de investigadores de los Países Bajos, Corea, Canadá y Australia, condujo a la publicación de la secuencia del genoma y su caracterización en 2016.

Base de datos online de organismos modelo

Xenbase es la base de datos de organismos modelo (MOD) tanto para Xenopus laevis como para Xenopus tropicalis. Xenbase aloja los detalles completos y la información de la versión del genoma actual de Xenopus laevis (9.1).

Como animales de compañía

Los Xenopus laevis se han mantenido como animales de compañía y sujetos de investigación desde la década de 1950. Son extremadamente resistentes y longevos, y se sabe que han llegado a vivir hasta 20 o incluso 30 años en cautividad.

Las ranas de garras africanas son frecuentemente etiquetadas erróneamente como ranas enanas africanas en las tiendas de mascotas. Las diferencias identificables son:

• Las ranas enanas tienen cuatro patas palmeadas. Las ranas de garras africanas tienen las patas traseras palmeadas mientras que las delanteras tienen dígitos autónomos.
• Las ranas enanas africanas tienen los ojos situados a un lado de la cabeza, mientras que las ranas de garras africanas tienen los ojos en la parte superior de la cabeza.
• Las ranas de garras africanas tienen el hocico curvado y plano. El hocico de una rana enana africana es puntiagudo.

Como plaga

Las ranas de garras africanas son depredadoras voraces y se adaptan fácilmente a muchos hábitats. Por esta razón, pueden convertirse fácilmente en una especie invasora perjudicial. Pueden recorrer distancias cortas hasta otras masas de agua, y se ha documentado que algunas incluso sobreviven a heladas leves. Se ha demostrado que devastan las poblaciones nativas de ranas y otras criaturas al comerse a sus crías.

En 2003, se descubrieron ranas Xenopus laevis en un estanque del parque Golden Gate de San Francisco. Ahora existe un gran debate en la zona sobre cómo exterminar a estas criaturas y evitar que se propaguen. Se desconoce si estas ranas entraron en el ecosistema de San Francisco a través de una liberación intencionada o de un escape a la naturaleza. Los funcionarios de San Francisco drenaron el estanque Lily y vallaron la zona para evitar que las ranas escaparan a otros estanques con la esperanza de que murieran de hambre.

Debido a los incidentes en los que estas ranas fueron liberadas y se les permitió escapar a la naturaleza, las ranas de uñas africanas son ilegales de poseer, transportar o vender sin un permiso en los siguientes estados de Estados Unidos: Arizona, California, Kentucky, Luisiana, Nueva Jersey, Carolina del Norte, Oregón, Vermont, Virginia, Hawai, Nevada y el estado de Washington. Sin embargo, es legal poseer Xenopus laevis en New Brunswick (Canadá) y Ohio.

Existen colonias asilvestradas de Xenopus laevis en el sur de Gales, Reino Unido.

La rana de uñas africana puede ser un importante vector y la fuente inicial de Batrachochytrium dendrobatidis, un hongo quítrido que ha sido implicado en el drástico descenso de las poblaciones de anfibios en muchas partes del mundo. A diferencia de lo que ocurre en muchas otras especies de anfibios (incluida la rana de uñas occidental, estrechamente relacionada con ella), en las que este hongo quítrido causa la enfermedad quitridiomicosis, no parece afectar a la rana de uñas africana, lo que la convierte en un portador eficaz.