长期以来,人类一直梦想着学会如何在深度冷冻状态下保存生物,并在未来必要时让它们复活。同时,自然界也有例子:生活在阿拉斯加的树蛙可以“变成冰”,一旦解冻,它们就会复活。
每年秋天,为了熬过寒冷的冬天,这些青蛙会在气温下降时被冻死,直到春天。比一块肉解冻后看起来好多了,因为同样的保质期后会从冰箱里拿出来。
来自阿拉斯加, 费尔班克斯大学和北极生物研究所(UAF)的科学家对实验室青蛙和自然栖息地的青蛙进行了一系列实验。这些研究的结果表明,生活在野外的青蛙的耐寒能力比以前认为的要高得多。
阿拉斯加的树蛙在地面上过冬,在腐烂的土壤和落叶中冬眠。这里的温度可以保持在冰点以下六个月以上,低至-20。
众所周知,当生物体的细胞被冷冻时,它们会变干并最终死亡。为了避免这种情况,青蛙用葡萄糖包裹它们的细胞,从而减缓它们的干燥。这个过程被科学家称为防冻保护。
细胞内糖的浓度也有助于平衡细胞外盐的浓度,细胞外盐是在冰的形成过程中形成的。糖和其他防冻剂可以保持细胞中的水分,从而防止细胞死亡。
研究发现,生活在自然栖息地的青蛙组织中积累的葡萄糖浓度远高于实验室冷冻的青蛙。与实验室青蛙的数据相比,青蛙栖息地的葡萄糖浓度在肌肉组织中高13倍,在心脏组织中高10倍,在肝脏组织中高3.3倍。
科学家们认为,正是这种额外的葡萄糖保护,使得野生青蛙在比实验室青蛙更低的温度(低至-18)和更长的时间(长达218天)下拥有100%的存活率。
研究发现,野生青蛙体内葡萄糖的积累是惊人的,这与它们在初秋经历的冻融过程有关,这些过程刺激了青蛙体内葡萄糖极其活跃的产生和积累。
当然,在实验室中创造和维持完全自然的条件是不可能的,因为一个现代人不可能考虑到自然机制的所有细微差别和特殊性。然而,以大自然的经验为例,科学家们在实验室条件下成功取得了令人印象深刻的成果:在零下7.2度的温度下,冷冻青蛙“过冬”的存活率达到了数周,没有反复的冻融循环。
这一发现对越冬冻蛙的研究具有重要的现实意义。科学家相信有一天他们会彻底研究青蛙的所有技能,并用于移植。如果他们能够冷冻器官,使它们在解冻过程中不会受到损伤,医生将有更多的时间进行进一步的移植。
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