一只北极地松鼠正在寻找食物
事实上,缺少冰核正是地松鼠独特耐冻能力的关键。
“北极地松鼠在进入冬眠之前便会将体内可能成为冰核的物质清理干净。”巴恩斯说道。虽然它们的具体做法仍是一个谜团,但巴恩斯的研究指出,地松鼠可能是通过产生一种名叫掩蔽剂的物质,在冰核周围开始结冰之前就把冰核中和掉的。
“北极地松鼠在体温低至零下3度时仍能存活,但它们的身体不会结冰,”他解释道,“它们的体液会进入一种‘过冷却’状态。”
既然北极地松鼠体内缺乏冰核,无法触发冰晶形成,地松鼠体内的水自然也就无法结冰了。
不管这些动物究竟采取的是哪种抗冻策略,这样做的时间都是有限的。大多数耐冻生物一年只能来这么一次。在春天进行测验时,木蛙就只能忍受零下5度的低温了。虽然这已经是了不起的成就,但和它们秋天的抗冻能力相比可谓不值一提。
“我们还没完全弄清为什么它们的抗冻能力在春天会骤然下降,但这也许是因为它们生产冷冻保护剂的能力是有限的,”科斯坦佐说道,“两种主要冷冻保护剂,葡萄糖和尿素,在春天的木蛙体内含量都很低。在被人类冷冻起来之后,这些木蛙受到的伤害也比冬天更严重。”
这也许是一个普遍的问题。一项研究发现,四种耐冻蛙类在春天的耐冻能力都会下降,这与它们生产抗冻保护剂的能力下降有关。
事实上,大多数耐冻生物在进入冷冻状态之前都会有一小段适应过程。如果气温骤降,即使对最坚强的物质来说,也是难以忍受的。
伊莎贝拉虎蛾(Isabella tiger moth,拉丁名Pyrrharctia Isabella)生活在北极地区,它的毛虫可以在零下20度的严寒下存活,使体液过冷到零下10度。12周的适应期能够让它们将体液的冰点降低2度左右。在这段时间里,它们会产生甘油,脯氨酸和氨基酸来作为冷冻保护剂,在生理上做好应对严寒的准备。
北极地松鼠对付冬季严寒的手段要高明得多。“从冬眠的动物体内抽取的血液冰点比夏季动物的血液要低得多。”巴恩斯说道。但具体的原因仍是一个未解之谜。
他怀疑这可能与松鼠的大规模季节性变化有关。“我们正在研究它们是怎么确定每年冬眠的时间的。”他表示这是由它们脑中的生物钟决定的,它会设定好松鼠产生生理变化的时间,从而让它们为冬季做好准备。
在动物世界中,生活在极寒地区的动物们都进化出了应对天寒地冻的适应方法。理解这些过程,将帮助我们研发出冷冻移植所需的人体器官的新技术。此外,了解动物冷冻的原理,也许正是使人体冷冻变为现实的关键所在。
目前,用于移植的器官只能进行冷藏,不能冷冻。这意味着它们只能存放短短几个小时,因此用来救人的器官往往来不及及时赶到病人身边。如果能对器官进行冷冻,增加器官的存活率,对于器官移植领域而言将具有革命性的意义。而像北极地松鼠这样的耐冻生物身上,或许就隐藏着实现这一切的秘密。
事实上,对耐冻能力的研究已经取得了一些成果。
在鱼类和昆虫体内发现的防冻蛋白质显然是改进冷冻保存技术的目标之一。2005年,一支由加州大学伯克利分校和以色列希巴医疗中心组成的研究团队成功使用从南极鱼类体内提取的防冻蛋白质冷冻并保存了老鼠心脏,时间长达21小时。然后这些心脏被移植进另外一些老鼠体内,又继续跳动了至少24小时。
组织保存公司目前正在研究,比鱼类更加有效的昆虫防冻蛋白质能否用作人体器官保存的冷冻保护剂。
不过,与能从北极地松鼠身上学习的知识相比,从昆虫和蛙类那里学到的东西就很有限了。将一只昆虫或两栖动物冷冻起来是一回事,如果我们要想成功冷冻保存人类细胞的话,我们就得了解地松鼠这样的暖血动物是如何处理体温低至零下的问题的。
如果我们能弄清地松鼠清除体内冰核的方法,并将其运用到人类身上的话,我们也许就能冷冻细胞和器官、并防止细胞内部结冰了。