在寒冷的環(huán)境中也有生機勃勃的動物世界。一些兩棲動物如牛 蛙,在湖泊或河流的底層度過寒冷的冬季;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,能夠吸附冰晶 體,抑制冰晶繼續(xù)生長;在南極表層,毛毛蟲在-51℃的環(huán)境中生 活14年后才能羽化,而蝴蝶只能在夕陽下翩翩起舞數(shù)周。
但是世上沒有一種動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,你都不會再聽到林蛙的叫聲,因為整個冬天林蛙都處于冬眠狀態(tài)。本來凡是冬眠的哺乳動物,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,從此進入假死狀態(tài),就 如同泰德·威廉姆斯希望艾克實驗室做到的那樣。而這種現(xiàn)象似乎只能在科幻小說中才能看到。
林蛙被凍得僵硬如尸。
如果在冬天,你步行時不小心踢到了一只林蛙,一定會認為它 已經死了。林蛙完全凍結后,所有的生命活動都會隨之停止——沒有心跳,沒有呼吸,也沒有可檢測到的腦部活動。它的眼睛睜得老大,全身僵硬,異常慘白。 但如果你安營扎寨,待到次年春暖花開時,你就會發(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,同時開始進行呼吸;眨眼幾次 以后,它的眼睛也恢復了顏色;它伸伸腿,坐起來。不久,它便開 始四處活動,尋親訪友,并踏上了追逐愛人的浪漫之旅,如同什么事情也沒有發(fā)生過一樣。
最了解林蛙的人莫過于加拿大渥太華的化學家肯施·多瑞了,他和妻子珍妮特從20世紀80年代初期便開始研究林蛙。有一次, 當他的同事在收集用于研究的林蛙時,意外地將其留在了車廂里, 此時正好遇上霜凍。當肯施·多瑞早上醒來時,林蛙已經被凍成冰 了。你可以想象一下,當多瑞在實驗室把這些小東西解凍后,發(fā)現(xiàn) 它們又活蹦亂跳時的目瞪口呆狀。
多瑞立刻被這一現(xiàn)象所吸引。他當時正著迷于活體組織的低溫 冷凍技術,這種需要付出高昂代價的方法是為了試圖冷凍一些權 貴,以便他們在未來醫(yī)學發(fā)達之時能得到起死復生,因此低溫冷凍技術自誕生之日起就備受抨擊。但是在醫(yī)學領域,低溫冷凍技術大 有用武之地。其中,人們在生殖醫(yī)學方面已經取得了革命性突破, 已經可以通過冷凍的方式保存卵子和精子了。
下一步的目標是如何保存人體器官,以方便移植。如果這個目 標成功的話,那么必將是醫(yī)學領域的一個巨大突破,由此每年將會 挽救成千上萬的生命。當時,人體腎臟僅能在體外保存兩天,而心 臟只有數(shù)小時。因此,器官移植很大程度上是在與時間賽跑,允許 醫(yī)生為病人找到最好的供體器官,并將其帶回手術室的時間非常有限。在美國,每天都有十余人因為沒有及時得到器官移植而死亡。如果供體器官可以冷凍貯存,并在需要的時候恢復活性進行移植,那么手術的成功率定將大為提高。
然而到當時為止,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,但這還遠遠不夠,因為 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 如前面所討論過的,人們還遠沒有達到可以冷凍并讓人起死回生的技術水平。
多瑞為這個研究機遇興奮不已,林蛙的主要器官與人體類似,因此這一研究方向的應用前景將不可限量。在當時,動用所有的技術力量也無法冷藏人體任何一個重要器官,而這種小小的動物卻具有冷凍所有器官并死而復生的本領,這不能不令人稱奇。經過多年研究,多瑞終于得到了大量關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左右。幾分鐘后,它開始排除血液和組織器官細胞中的水分,不過這一過程并不是通過排尿實現(xiàn)的,它將水分集中到腹部,同時肝臟將大量的(相對于林蛙而言)葡萄糖注入血液,并輔以釋放額外的糖醇,其結果 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,從而能有效地把血液變成一種含糖的防凍劑。