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动物们如何度过极寒低温
作者:责任编辑03    发布于:2016-03-18 10:51:07    文字:【】【】【】    文章来源:煎蛋网
北极地松鼠即使体温降到冰点以下,也依旧能够存活。


大多数动物都厌弃严寒。一旦冬天来临,许多物种就钻到地底蛰伏起来,或迁徙到气候更为温暖的低纬度地区。


然而总有一些物种不按常理出牌。它们迎着风雪,敞开毛茸茸的胸怀,连冷颤都不打一个。


直到现在,我们也没能解开这些鹅妹子嘤的耐寒生物的谜团。尤其对于某个物种(人类)而言,此举意义重大。北极地松鼠(Spermophilus parryii)是唯一已知的能耐受零度以下体温的温血哺乳动物。若能得以冰解的破,或许有助于解决人体器官冷冻运输中的受损问题。


而人体冷冻技术这一屡有争议的领域也将为之一振,那些冻在冰坨子里指盼着未来医术昌明能够重获生机的尸体,都一个个禁不住真的笑,笑出声。



一只困在严霜中的毛蚊


零下低温对于生物而言是一项挑战,因为水变成冰,会发生体积膨胀。“动物细胞内的自由水倘若结冰的话,冰晶膨大会对细胞造成物理伤害,从而导致死亡。”哥伦布市俄亥俄州立大学的昆虫学家David Denlinger解释道。为了在零度以下生存,动物们必须找出阻止细胞内水结冰的方法。


最为人熟知的耐寒物种要数林蛙(Rana sylvatica),它们在近北极圈生存数周也毫无压力。


“一旦发生组织内结冰,耐寒生物则有特别的减少伤害的技巧,”俄亥俄州迈阿密大学低温生物生态生理学实验室的Jon Costanzo说。“我们小组最先对阿拉斯加近北极地区的林蛙进行极端耐寒实验,”他说,“它们在零下14度还能谈笑风生!”


随着温度的降低,林蛙相应地产生一种低温保护剂——阻止体内细胞结冰的物质。


这种低温保护剂,有点类似你加到汽车散热器中的防冻剂,可以降低水的冰点,从而防止结冰。


“低温保护剂的作用是降低身体的冰点,使得水的冰点远低于0℃,”Denlinger说道。当低温保护剂溶解到水里,便和水分子紧密结合,水分子都连结到这种物质上,就不再相互作用结成冰了,这就意味着水温降至零度以下也不会结冰。



一只林蛙(Rana sylvatica)


林蛙能产生类似于防冻剂作用的尿素、葡萄糖、肝糖原,以应对零下低温。而研究者们也已证实,(抗)冷冻诱导基因负责将葡萄糖输送至细胞。


受冻的脊椎动物和昆虫体内还能产生防冻结蛋白质,其与冰晶结合,阻止冰晶的进一步长大。从植物到甲虫,均存在一种抗冻糖脂(AFGL),2014年,科学家在林蛙体内也发现了一种类似抗冻糖脂的化合物。


令人印象深刻的耐低温动物大多是无脊椎动物。从蟑螂到毛虫,一大波节肢动物都能在零下气候中生存数天。


许多这些生物都是采用低温防冻剂和抗冻蛋白质来保护自身的,Denlinger说,它们体腔内的流体冻结点(或称为过冷却点)低至零下25℃也毫不稀奇。


其中一种阿拉斯加的树皮甲虫(Cucujus clavipes puniceus),能使体内流体过冷至-50℃。不过个体之间存在极大的差异——有一些甚至能耐受-100℃。


这些超低温甲虫含有高浓度的抗冻蛋白质和防冻剂如丙三醇(甘油),即使它们身处极端环境,也不致冻成渣渣。


但这些特出的适应性改变并不能解释地松鼠的抗冻本领。北极地松鼠压根不用低温保护剂来保护它们的细胞,它们的血液里头也循不到抗冻剂的踪影。


“哺乳动物不用低温保护剂来维持血液的流动,”阿拉斯加州费尔班克斯市北极生物研究所的Brian Barnes说。他曾研究北极地松鼠的冬眠习性长达20年。说起来它们可完全是另外一回事。



北极地松鼠(Spermophilus parryii)


南极摇蚊(Belgica antarctica)则另有一套对抗严寒的方法。“它们既不产生低温保护剂也不产生抗冻蛋白质,”Denlinger说,“而只是通过简单地去除体内的水分。”


许多昆虫在损失20%~30%水的情况下也能存活,而南极摇蚊即使脱除70%的水也安然无虞,他说。脱去自身的水分后,南极摇蚊就能在零下20℃的环境中浮泛冰雪了。


受到冻结后,它们的新陈代谢就中止了,看起来也没有生命迹象。“似乎脱除这么多的水,它们已经死翘翘了,”Denlinger说,“但这时如果你再洒点儿水上去,它们立刻又变得Q弹爽滑一脸轻松了。”


“摇蚊具有防冻性脱水的能力,”Shin Goto说。他在日本大阪市立大学研究动物生理学。他解释道,当摇蚊身处在冰天雪地,周围的冰能从它高渗透性的身体中把水汲走,从而防止娇弱的组织中任何结冰的可能。


脱水是一个防止结冰的有效方法——没有水,就不会结冰。但是在这种脱水程度下,哺乳动物恐怕是活不成了。防冻性脱水无疑解释不了北极地松鼠超强的耐寒能力。



 



 

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