時(shí)間：2025-12-10 08:14:32 來(lái)源：桑間濮上網(wǎng)

木蛙在冬季會(huì)結(jié)成冰，天們直到春天才解凍。活下PHOTOGRAPH BY JANET M. STOREY
（神秘的凍結(jié)地球uux.cn）據(jù)美國(guó)國(guó)家地理（撰文：CHRISTINE PETERSON 編譯：曾柏諺）：抗凍蛋白、含糖細(xì)胞、動(dòng)物關(guān)閉大腦，天們?cè)S多動(dòng)物為了熬過(guò)冬季，活下發(fā)展出各種令人驚嘆的凍結(jié)方法來(lái)暫停生理機(jī)能。
好幾年前，動(dòng)物我大學(xué)的天們課堂上有位教授示范了個(gè)震驚所有人的展演：他先是拿出了一只凍成塊但還活著的木蛙（wood frog），接著突然把它往墻壁上砸。活下木蛙碎了一地，凍結(jié)嚇得大家倒抽了幾口氣。動(dòng)物
幾分鐘后，天們教授才解釋道說(shuō)，其實(shí)他沒(méi)有真的把木蛙砸碎，而是用了塊大冰塊來(lái)代替木蛙，好達(dá)到戲劇效果。這么做的目的是為了說(shuō)明：木蛙真的會(huì)結(jié)凍好度過(guò)冬季，直到春天才再度解凍。
木蛙是地球上最常用來(lái)研究「結(jié)凍」的動(dòng)物之一。當(dāng)秋天氣溫下降時(shí)，木蛙會(huì)窩在樹(shù)葉堆中，任憑寒氣滲入體內(nèi)，直到心臟、大腦乃至整個(gè)身子都折服于此。不過(guò)，木蛙絕非唯一一種死而復(fù)生的動(dòng)物。
數(shù)以千計(jì)的昆蟲(chóng)也耐得住結(jié)凍又解凍，甚至有些昆蟲(chóng)能一天反復(fù)好幾回；錦龜（painted turtle）在小時(shí)候能以與木蛙截然不同的方法耐凍；水熊蟲(chóng)（tardigrade）則能在完全脫水的情況下靜待春天到來(lái)。
加拿大渥太華卡爾頓大學(xué)研究耐凍性的生物化學(xué)教授肯尼斯.斯托里（Kenneth Storey）說(shuō)：「生物之所以耐凍是為了將分布范圍擴(kuò)張到更高的緯度或是海拔，例如山頂這樣的地方。」
「如果你能耐凍，就能在這世上占到一個(gè)更好的棲位。」
關(guān)鍵的糖分
「回到木蛙吧，剛開(kāi)始它身上的水分是液態(tài)的，整只蛙活蹦亂跳，直到身體由外而內(nèi)開(kāi)始慢慢結(jié)冰。」斯托里說(shuō)：「它的皮膚開(kāi)始結(jié)凍了一點(diǎn)，然后冰漸漸透過(guò)動(dòng)脈、靜脈滲透到體內(nèi)。」
情況從這里開(kāi)始愈來(lái)愈詭異。木蛙的眼睛漸漸失去生氣、大腦結(jié)凍，冰把血液逼向心臟，直到最后心臟也凍得跟塊石頭一樣。
這個(gè)轉(zhuǎn)變需要?jiǎng)×业纳兓瘉?lái)因應(yīng)。木蛙會(huì)先透過(guò)微小RNA（microRNA）調(diào)節(jié)細(xì)胞，好避免細(xì)胞在過(guò)程中受損。緊接，當(dāng)器官和細(xì)胞外部開(kāi)始慢慢結(jié)冰時(shí)，青蛙的肝臟會(huì)釋出令人難以置信的大量葡萄糖，滲入包含細(xì)胞內(nèi)的全身各處。這種糖漿狀的液體就像器官的抗凍劑一般，防止細(xì)胞結(jié)冰時(shí)萎縮及死亡。
等到了春天，斯托里說(shuō)：「陽(yáng)光普照、凍土消融，木蛙就會(huì)回暖、解凍。」
雖然各地木蛙的結(jié)凍程度不一，比如在阿拉斯加，木蛙能凍到攝氏零下20度，而北卡羅來(lái)納州及其他地方，則在攝氏零下13度，但它們憑的都是同一套耐凍機(jī)制。無(wú)獨(dú)有偶，在其他蛙類身上也發(fā)現(xiàn)過(guò)一樣的機(jī)制，例如棕樹(shù)蛙（southern brown tree frog）、春雨蛙（spring peeper）、北蝗蛙（northern cricket frog），還有許多昆蟲(chóng)及昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)也是。
但這套并不是動(dòng)物唯一的耐凍方式。根據(jù)《整體環(huán)境科學(xué)》（Science of the Total Environment）期刊上的新研究指出，錦龜幼龜透過(guò)微小RNA重新調(diào)節(jié)新陳代謝，使其耐凍所需的葡萄糖要遠(yuǎn)少于木蛙；成年后，錦龜則改以在水底泥土下屏息冬眠的方式度冬，時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)四個(gè)月。
過(guò)冷的風(fēng)險(xiǎn)
哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究自然界假死狀態(tài)（suspended animation）現(xiàn)象如何應(yīng)用在人體器官移植的副教授香農(nóng).泰西爾（Shannon Tessier）表示，「過(guò)冷」（supercool）這個(gè)詞有時(shí)用來(lái)描述物質(zhì)溫度低于熔點(diǎn)但并未結(jié)凍的狀態(tài)，而在大自然中（特別是對(duì)人體器官而言）過(guò)冷有其風(fēng)險(xiǎn)。冰晶需要依附在某個(gè)東西上才能形成，也就是所謂的成核劑（nucleating agent），即便是小如一丁點(diǎn)的灰塵或一個(gè)膽固醇分子也行。但是，如果昆蟲(chóng)或其他動(dòng)物能抑制冰晶成形，那麼即便它們的血液過(guò)冷仍然能保持液態(tài)。
但這個(gè)「如果」非常極端。泰西爾表示，除了條件受控的實(shí)驗(yàn)室之外，這個(gè)世界到處都是成核劑。人們已經(jīng)證實(shí)北極地松鼠（arctic ground squirrel）可以藉由消除所有潛在的結(jié)晶核來(lái)避免結(jié)凍，但這不代表它可以達(dá)到極端的過(guò)冷狀態(tài)。斯托里表示，要是北極地松鼠真的進(jìn)入極端的過(guò)冷狀態(tài)，那么任何一點(diǎn)外力或是進(jìn)入的成核劑，都會(huì)讓它變成一根死氣沉沉的冰棒。
「將器官內(nèi)的液體維持在液態(tài)有很多好處。」泰西爾說(shuō)：「但如果這些液體總是有意外結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)，就成了個(gè)需要解決的問(wèn)題。」
這也正是許多生活在寒冷氣候下的物種，之所以發(fā)展出蛋白質(zhì)或糖類來(lái)避免血液結(jié)凍的原因。這些機(jī)制能夠讓血液在攝氏0度之下維持液態(tài)，比如某些海水魚(yú)擁有抗凍蛋白、有些昆蟲(chóng)則用糖份來(lái)抗凍。
不同昆蟲(chóng)則演化出不同方式來(lái)抗凍。斯托里舉例說(shuō)，一枝黃花癭蠅（goldenrod gall fly）的幼蟲(chóng)在冬天溫度達(dá)攝氏0下時(shí)會(huì)結(jié)凍，等待溫暖時(shí)再解凍，過(guò)程甚至不到24小時(shí)；黃花癭蛾（goldenrod gall moth）的幼蟲(chóng)則能保持體液全天維持液態(tài)。
癭蠅幼蟲(chóng)像木蛙一樣利用糖分來(lái)緩沖零下溫度帶來(lái)的傷害；癭蛾幼蟲(chóng)則利用糖份來(lái)防止體液結(jié)冰，基本上在攝氏零下38度之內(nèi)都沒(méi)有問(wèn)題。
脫水保持干冷
在地球上最極端的環(huán)境中所發(fā)現(xiàn)的水熊蟲(chóng)，則另辟蹊徑來(lái)防止細(xì)胞中的水結(jié)冰：把水排出去。
雖然人類只要失去身體5%的水分就會(huì)死亡，因此難以仿效「脫水」這招，但水熊蟲(chóng)可以將自身水分排出到自己近乎完全干燥。此時(shí)它們的大腦停機(jī)、八腿縮攏，以這個(gè)姿態(tài)度過(guò)酷寒。
「這時(shí)你把它們放進(jìn)液態(tài)氮中都沒(méi)事。」斯托里說(shuō)。
而且只要再給它們水，他們就會(huì)用跟脫水一樣快的速度重新水合，回到我們熟悉的「生命」?fàn)顟B(tài)。
泰西爾說(shuō)到，木蛙與其他能在自然界極端環(huán)境中生存的動(dòng)物，能在醫(yī)學(xué)上發(fā)揮許多應(yīng)用，尤其在器官移植領(lǐng)域更是如此。舉例來(lái)說(shuō)，心臟在離開(kāi)人體后只能存活約四個(gè)小時(shí)。
泰西爾說(shuō)：「時(shí)間限制局限了后勤的可能性。我們正試著應(yīng)用木蛙耐凍的原理，以大量的葡萄糖來(lái)使心臟或肝臟的生命跡象暫時(shí)停止，并在隨后安全的恢復(fù)其生命狀態(tài)、進(jìn)行移植。」

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