凍不死的動(dòng)物

蘇美蘭

人類如果沒有衣服，恐怕只能在溫?zé)釒?。你看現(xiàn)在的靈長(zhǎng)類動(dòng)物，大多數(shù)生活在南北回歸線之間的地方。但大多數(shù)動(dòng)物都不喜歡寒冷。當(dāng)冬季到來(lái)的時(shí)候，能飛的、能跑的，就遷徙到低緯度、更加溫暖的地方。不能遷徙的，依靠厚厚的脂肪和皮毛，可以在寒冷的地方過冬，或躲在地下冬眠。

不過，也有少數(shù)動(dòng)物不按常理出牌，它們“定居”于極地，在寒冷面前應(yīng)對(duì)自如，即使體溫跌到了零下，它們連冷顫都不打一個(gè)。

科學(xué)家知道，如果體溫低于0℃，這對(duì)于任何動(dòng)物來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，水在零下很容易結(jié)冰，然后發(fā)生體積膨脹。倘若動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)自由流動(dòng)的水結(jié)冰的話，那么冰晶膨大會(huì)撐破細(xì)胞，從而導(dǎo)致動(dòng)物死亡。所以，為了在零度以下生存，耐寒動(dòng)物必定具備能夠減少冰晶傷害的特殊技巧?？茖W(xué)家希望能解開那些耐寒動(dòng)物的抗凍技巧，這不僅有助于解決人體器官冷凍移植中的受損問題，甚至還能夠延長(zhǎng)人類的平均壽命，目前已有一些患有絕癥的人將自己的身體冷凍起來(lái)，等到未來(lái)醫(yī)療水平更加先進(jìn)的時(shí)候再起死回生，但將來(lái)能否正常地活過來(lái)，現(xiàn)在誰(shuí)都不敢說(shuō)，科學(xué)家只是在加快這方面的研究。

自產(chǎn)防凍液的動(dòng)物

科學(xué)家首先將目光投向了最為人熟知的耐寒動(dòng)物——木蛙。在阿拉斯加寒冷的北極地區(qū)，小小的木蛙即使體溫下降到-14℃， 仍然能夠健康地度過嚴(yán)冬?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，木蛙之所以能有這么神奇的抗寒能力，主要是由于體內(nèi)能夠生產(chǎn)高濃度的“低溫保護(hù)劑”。這種“低溫保護(hù)劑”由尿素、葡萄糖、肝糖原組成，可以阻止體內(nèi)細(xì)胞結(jié)冰。這有點(diǎn)類似于汽車防凍液，當(dāng)“低溫保護(hù)劑”溶解到水里，便和水分子緊密結(jié)合，水分子都連結(jié)到這種物質(zhì)上，就不再相互作用結(jié)成冰了，以至于體液降至零度以下也不會(huì)結(jié)冰。

許多無(wú)脊椎動(dòng)物也擁有強(qiáng)大的耐寒能力。從蟑螂到毛蟲，許多節(jié)肢動(dòng)物都能忍受數(shù)天0℃以下的嚴(yán)寒。這些動(dòng)物除了擁有“低溫保護(hù)劑”，還有一種叫做“抗凍蛋白質(zhì)”的法寶，這種蛋白質(zhì)喜歡和冰晶聯(lián)結(jié)在一起，可以防止冰晶進(jìn)一步長(zhǎng)大。在雙重保護(hù)下，節(jié)肢動(dòng)物的體液的結(jié)冰點(diǎn)通常都低于-25℃。比如，阿拉斯加有一種樹皮甲蟲，根據(jù)個(gè)體的差異，其體液的結(jié)冰點(diǎn)可以低于-50℃到-100℃不等。這些超級(jí)耐寒的甲蟲體內(nèi)含有大量“抗凍蛋白質(zhì)”，以及甘油之類的“低溫保護(hù)劑”，這能讓它們即使在極端嚴(yán)寒的條件下，也能最大限度地減少冰的形成。

防凍另有高招

在寒冷的南極，南極蠓（一種生活在南極半島的沒有翅膀的蚊子）可以忍受-20℃的低體溫，可它們既不生產(chǎn)“低溫保護(hù)劑”也不生產(chǎn)“抗凍蛋白質(zhì)”，它們的方法是將體內(nèi)的水排出體外。大多數(shù)昆蟲最多只能失去體內(nèi)20%～30%的水，但南極蠓失去70%的水后仍能存活。當(dāng)南極蠓身處在冰天雪地時(shí)，由于南極蠓的身體具有高滲透性，體內(nèi)的水會(huì)擴(kuò)散到體外，從而防止它們脆弱的組織內(nèi)部結(jié)冰，畢竟沒有了水，也就不可能有冰了。當(dāng)然，在失水的同時(shí)，南極蠓的新陳代謝也會(huì)停止，看上去就像死亡了一樣。但如果你給它加了點(diǎn)水，它很快就會(huì)“復(fù)活”。

不過，預(yù)防結(jié)冰并不是動(dòng)物抗凍的唯一方法。木蛙和其它耐寒動(dòng)物還采取了另一種手段，即生產(chǎn)一種名叫“冰核促進(jìn)劑”的物質(zhì)，該物質(zhì)和冰晶有著類似的結(jié)構(gòu)，就像種子一樣，可以方便冰晶的形成，促進(jìn)冰的生長(zhǎng)。雖然這看上去有悖常理，但如果“冰核促進(jìn)劑”能夠保證結(jié)冰發(fā)生在細(xì)胞之間而不是在細(xì)胞之內(nèi)的話，那么這種“細(xì)胞外的冰晶”造成的傷害要小得多，因?yàn)榧饫谋Р粫?huì)傷害到細(xì)胞內(nèi)部精密而脆弱的結(jié)構(gòu)。

“冰核促進(jìn)劑”可以是任何物質(zhì)，比如一小?；覊m，甚至一個(gè)細(xì)菌。而在耐寒動(dòng)物的體內(nèi)，“冰核促進(jìn)劑”應(yīng)該是蛋白質(zhì)或者脂肪——科學(xué)家目前還沒有在實(shí)驗(yàn)室中分離出這些物質(zhì)，因而無(wú)法確定其成分。不過，木蛙等動(dòng)物的身體一旦開始結(jié)冰（即使是相對(duì)安全的“細(xì)胞外結(jié)冰”）時(shí)，它們也不得不關(guān)閉自己的生命系統(tǒng)，停止心跳和呼吸。因此，除了適應(yīng)體內(nèi)結(jié)冰之外，這些耐寒動(dòng)物還進(jìn)化出了在缺氧條件下生存的能力。比如，在遇到低溫時(shí)，剛孵化出的錦龜會(huì)產(chǎn)生一種抗氧化劑和蛋白質(zhì)，同樣，脫水的南極蠓也會(huì)采取類似的機(jī)制來(lái)解決缺氧問題：南極蠓的幼蟲在冷凍狀態(tài)下，體內(nèi)的抗氧化劑的含量也會(huì)升高。

無(wú)法破解的秘招

但有些哺乳動(dòng)物沒被發(fā)現(xiàn)有什么抗凍妙招，也依然抗凍。

在溫血的哺乳動(dòng)物中間，存在一種耐寒的能手——北極地松鼠，它是唯一已知的能耐受零度以下體溫的哺乳動(dòng)物，冬眠時(shí)體溫長(zhǎng)期可以保持在-3℃。然而，諸如防凍性脫水、分泌“冰核促進(jìn)劑”等方法顯然不是哺乳動(dòng)物可以使用的策略，而科學(xué)家也沒有在北極地松鼠體內(nèi)檢測(cè)到任何“低溫保護(hù)劑”的成分，這種松鼠為何抗凍的機(jī)制目前還是一個(gè)謎題。

科學(xué)家猜測(cè)，北極地松鼠可能也是通過預(yù)防結(jié)冰來(lái)提升耐寒能力的。在進(jìn)入冬眠前，北極地松鼠可能會(huì)生產(chǎn)一種叫做“掩蔽劑”的物質(zhì)，將體內(nèi)可能成為冰核的物質(zhì)清理干凈。既然北極地松鼠體內(nèi)缺乏冰核，無(wú)法觸發(fā)冰晶形成，那么北極地松鼠體內(nèi)的水自然也就無(wú)法結(jié)冰了。

不論應(yīng)對(duì)零下體溫的策略是什么，這項(xiàng)生理絕技對(duì)身體帶來(lái)的壓力是巨大的，大多數(shù)耐寒動(dòng)物一年只能“玩”一次。比如，在春天的時(shí)候，木蛙的耐寒能力會(huì)驟降，最多忍受-5℃的低溫，北極地松鼠也有類似的現(xiàn)象——它們只是在冬天更耐寒。所以，動(dòng)物的耐寒能力顯然又和生物鐘有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。可見，人類想發(fā)展人體器官冷凍技術(shù)，需要學(xué)習(xí)的知識(shí)還多著呢。