在寒冷的環(huán)境中也有生機(jī)勃勃的動(dòng)物世界。一些兩棲動(dòng)物如牛 蛙,在湖泊或河流的底層度過(guò)寒冷的冬季;龐大的南極鱈在冰層下 自由自在地游泳,它們的血液中含有抗凍蛋白質(zhì),能夠吸附冰晶 體,抑制冰晶繼續(xù)生長(zhǎng);在南極表層,毛毛蟲在-51℃的環(huán)境中生 活14年后才能羽化,而蝴蝶只能在夕陽(yáng)下翩翩起舞數(shù)周。
但是世上沒(méi)有一種動(dòng)物比小小的林蛙更加讓人嘆為觀止的。
林蛙是一種約5厘米長(zhǎng)的小精靈,它們的面部仿佛戴著一張黑色的面具,只露出眼睛,形似電影里的佐羅。從格魯吉亞北部一直到阿拉斯加,包括北極圈北部都能找到這種小動(dòng)物。早春的夜晚,你可以聽到它們交配的叫聲,好像小鴨子的聲音一樣。但直到冬去春來(lái),你都不會(huì)再聽到林蛙的叫聲,因?yàn)檎麄€(gè)冬天林蛙都處于冬眠狀態(tài)。本來(lái)凡是冬眠的哺乳動(dòng)物,都需要靠一層厚厚的脂肪保溫并 提供能量,而林蛙卻并非如此,它們是完全進(jìn)入冷凍狀態(tài)。它們將 自己埋在3~5厘米厚的樹枝或樹葉下面,從此進(jìn)入假死狀態(tài),就 如同泰德·威廉姆斯希望艾克實(shí)驗(yàn)室做到的那樣。而這種現(xiàn)象似乎只能在科幻小說(shuō)中才能看到。
林蛙被凍得僵硬如尸。
如果在冬天,你步行時(shí)不小心踢到了一只林蛙,一定會(huì)認(rèn)為它 已經(jīng)死了。林蛙完全凍結(jié)后,所有的生命活動(dòng)都會(huì)隨之停止——沒(méi)有心跳,沒(méi)有呼吸,也沒(méi)有可檢測(cè)到的腦部活動(dòng)。它的眼睛睜得老大,全身僵硬,異常慘白。 但如果你安營(yíng)扎寨,待到次年春暖花開時(shí),你就會(huì)發(fā)現(xiàn)小林蛙開始不緊不慢地收起了它的偽裝。林蛙解凍后幾分鐘,伴隨著體溫 的升高,其心跳也開始神奇地恢復(fù),同時(shí)開始進(jìn)行呼吸;眨眼幾次 以后,它的眼睛也恢復(fù)了顏色;它伸伸腿,坐起來(lái)。不久,它便開 始四處活動(dòng),尋親訪友,并踏上了追逐愛(ài)人的浪漫之旅,如同什么事情也沒(méi)有發(fā)生過(guò)一樣。
最了解林蛙的人莫過(guò)于加拿大渥太華的化學(xué)家肯施·多瑞了,他和妻子珍妮特從20世紀(jì)80年代初期便開始研究林蛙。有一次, 當(dāng)他的同事在收集用于研究的林蛙時(shí),意外地將其留在了車廂里, 此時(shí)正好遇上霜凍。當(dāng)肯施·多瑞早上醒來(lái)時(shí),林蛙已經(jīng)被凍成冰 了。你可以想象一下,當(dāng)多瑞在實(shí)驗(yàn)室把這些小東西解凍后,發(fā)現(xiàn) 它們又活蹦亂跳時(shí)的目瞪口呆狀。
多瑞立刻被這一現(xiàn)象所吸引。他當(dāng)時(shí)正著迷于活體組織的低溫 冷凍技術(shù),這種需要付出高昂代價(jià)的方法是為了試圖冷凍一些權(quán) 貴,以便他們?cè)谖磥?lái)醫(yī)學(xué)發(fā)達(dá)之時(shí)能得到起死復(fù)生,因此低溫冷凍技術(shù)自誕生之日起就備受抨擊。但是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,低溫冷凍技術(shù)大 有用武之地。其中,人們?cè)谏翅t(yī)學(xué)方面已經(jīng)取得了革命性突破, 已經(jīng)可以通過(guò)冷凍的方式保存卵子和精子了。
下一步的目標(biāo)是如何保存人體器官,以方便移植。如果這個(gè)目 標(biāo)成功的話,那么必將是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)巨大突破,由此每年將會(huì) 挽救成千上萬(wàn)的生命。當(dāng)時(shí),人體腎臟僅能在體外保存兩天,而心 臟只有數(shù)小時(shí)。因此,器官移植很大程度上是在與時(shí)間賽跑,允許 醫(yī)生為病人找到最好的供體器官,并將其帶回手術(shù)室的時(shí)間非常有限。在美國(guó),每天都有十余人因?yàn)闆](méi)有及時(shí)得到器官移植而死亡。如果供體器官可以冷凍貯存,并在需要的時(shí)候恢復(fù)活性進(jìn)行移植,那么手術(shù)的成功率定將大為提高。
然而到當(dāng)時(shí)為止,這一切都還只是奢望。人們已知道如何使用 液氮以每分鐘315℃的速度降低組織溫度,但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,因?yàn)?還是不知道如何在保存活力的前提下,冷凍大量人體器官。而且正 如前面所討論過(guò)的,人們還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到可以冷凍并讓人起死回生的技術(shù)水平。
多瑞為這個(gè)研究機(jī)遇興奮不已,林蛙的主要器官與人體類似,因此這一研究方向的應(yīng)用前景將不可限量。在當(dāng)時(shí),動(dòng)用所有的技術(shù)力量也無(wú)法冷藏人體任何一個(gè)重要器官,而這種小小的動(dòng)物卻具有冷凍所有器官并死而復(fù)生的本領(lǐng),這不能不令人稱奇。經(jīng)過(guò)多年研究,多瑞終于得到了大量關(guān)于林蛙是如何起死回生的第一手資料。
首先,林蛙的皮膚能立即感受到溫度降至冰點(diǎn)左右。幾分鐘后,它開始排除血液和組織器官細(xì)胞中的水分,不過(guò)這一過(guò)程并不是通過(guò)排尿?qū)崿F(xiàn)的,它將水分集中到腹部,同時(shí)肝臟將大量的(相對(duì)于林蛙而言)葡萄糖注入血液,并輔以釋放額外的糖醇,其結(jié)果 是血液的糖含量提高了幾百倍。所有這些變化大大降低了林蛙血液的冰點(diǎn),從而能有效地把血液變成一種含糖的防凍劑。