物种｜美国![]()
木蛙会在冬天冰冻，春天再解冻。｜图源：JANET M. STOREY几年前，我大学的一位教授在课堂上做了一次演示，震惊了全班。他展示了一只冻僵却活着的木蛙。突然，他把它扔向了墙壁，它四散开来。每个人都屏住了呼吸。
过了一会儿，他解释道他扔得并不是青蛙。为了戏剧效果，他把木蛙换成了一团冰块。但他的目的确实为了展示一点：木蛙会冻得硬如冰块来过冬，然后在春天解冻。
木蛙是世界上冰冻动物中受研究最多的动物之一。当秋季降温时，木蛙会藏进树叶里，让冷气侵入其身体，直至它完全“死亡”：心脏、大脑以及所有器官。但是，木蛙并非能“死亡”又活过来的唯一物种。
几千种昆虫幼虫会冷冻、解冻，根据天气情况，一些幼虫每天都会死去活来。年幼的锦龟不需要像木蛙那样就能冻住。还有缓步动物会完全脱水，等待春天到来。
“它们冻住的原因是为了把活动范围向北方更高维度地区，或山顶等更高海拔区域扩张。”加拿大卡尔顿大学生物化学系研究抗冻性的教授Kenneth Storey说道。
“如果你能冻住，就能在这世界上得到更好的立足之地。”
Kenneth Storey说：“假如这是木蛙，它是活动的，可以到处跳，然后，冰从外面进来。它的皮肤会冻住一点儿，然后，冰会通过它的静脉和动脉侵入全身。”从这里开始将变得更加诡异。木蛙的双眼变得呆滞，大脑上冻，然后冰推着血液进入其心脏，最终，一切都冻得坚若磐石。这一转变过程需要生物化学方面的重大变化。木蛙的miRNA分子能重组细胞，保障它们不受损伤。然后，冰在器官和细胞之外缓慢形成。与此同时，木蛙的肝脏会释放出数量惊人的葡萄糖，像防冻剂一样保护关键器官，并且会渗入各处，包括细胞内部，以避免它们收缩、死亡。Kenneth Storey介绍，春天到来后，“阳光会照射下来，冻土变成泥浆，木蛙会变暖，然后解冻。”它们冰冻的程度也不尽相同。美国阿拉斯加的木蛙能冻到-20.6℃，北卡罗来纳州的木蛙能冻到-13℃，但是机制都是一样的。科学家在棕树蛙、春雨蛙(啾鸣拟蝗蛙)、蟋蟀蛙(蝗蛙属动物)，以及许多昆虫及昆虫幼虫体内也观测到了同样的机制。但这并非动物冰冻的唯一方式。根据发表在《总体环境科学》上的新研究，锦龟的仔龟冰冻时，miRNA重组其新陈代谢机制所需的葡萄糖要比木蛙少得多。成年后，锦龟不会冰冻，而是会屏住呼吸。成年锦龟会在水下的泥土中休眠，可不呼吸长达四个月。
“过冷”这个词有时被用于避免零度以下的冰冻。但是，美国哈佛医学院的助理教授Shannon Tessier介绍说，自然界真正的过冷，尤其是对于人体器官而言，是风险很大的。她正在研究如何将自然界中的假死应用于人体器官移植。冰需要凝结核才能形成，而凝结核可以小如尘埃或一个胆固醇分子。但是，假设某个昆虫或动物可以抵挡冰晶的形成，那么，它冰冷的血液就仍然可以保持液态。这是一个很大的假设。Shannon Tessier说，在严格受控的实验室外，我们的世界其实充满了凝结核。北极地松鼠已被证明能通过消除所有可供结晶的凝结核来避免冰冻。但这并不意味着它会过冷到极限。Kenneth Storey说它肯定不会这样，但假如它会过冷到极限，任何外力或者侵入的凝结核都会将北极地鼠变成冰雕，而它也将再也无法复活。Shannon Tessier说：“将一个器官维持在液态有许多优点。但如果它经常处在变成冰的风险当中，就成了一个需要解决的难题。”正因如此，许多生活在寒冷气候中的动物物种能产生蛋白质或糖类，帮助降低血液的冻结温度，从而使其可以在0℃以下而不至于结冰。一些海洋鱼类物种拥有防冻蛋白，而许多昆虫会利用糖类。不同的昆虫进化出了不同的需求来实现同一个目标。Kenneth Storey介绍，瘿蝇(gall fly)幼虫会在零度以下冻得很瓷实，然后在温暖时解冻，这一过程甚至可以在24小时内完成。另一方面，瘿蛾(gall moth)的幼虫日日夜夜都会保持液态。瘿蝇幼虫像木蛙一样利用糖类来保护细胞免受零度以下温度的损伤。瘿蛾幼虫则利用糖类来阻止冰冻，可以承受低达-37℃的过冷低温。
缓步动物，是在地球最极端环境中找到的微小无脊椎动物。它们找到了一种避免细胞中的水分冰冻的新方法：排干水。人类根本做不到。一个人哪怕失去5%的水分，就会死掉。但缓步动物可以排水排到几乎完全干燥。它们的脑部宕机，八条腿缩进去，然后去度过寒冷。Kenneth Storey说：“你把它们丢进液氮里面都没事儿。”不过，很快，它们就能复原。有了水之后，它们就能补充水分，变成我们熟知的生命的样子。Shannon Tessier说，木蛙和其他能在大自然极端条件下存活的动物在医药方面有许多应用，在器官移植领域尤为如此。例如，一颗人类心脏在体外仅能存活约4小时。她说：“这有限的时间会产生物流运输方面的局限。因此，我们尝试着使用木蛙利用大量葡萄糖的办法来冷冻整个肝脏或心脏或其他器官，使其处于假死状态，然后再将其安全地复活，再进行移植。”
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