冷凍復(fù)蘇技術(shù)·上篇：水熊蟲

作者：開萌

在科幻電影中，冷凍復(fù)蘇技術(shù)屢見不鮮。它不僅能在劇情中將主角復(fù)活，還可以將主角帶到千百年后的未來世界冒險。那么生命真的能在冷凍后復(fù)活么？

科學(xué)家觀察到一些動物天生就有冷凍復(fù)蘇的能力。水熊蟲是一種小于1微米的動物，它生活在世界各地，生命力頑強，上至雪山高原，下至黑暗深海，熱帶雨林有它，南極冰川下也有它，它甚至可以在真空中生存。水熊蟲由幾萬個細胞構(gòu)成。當被冷的時，它的會把身體細胞的大部分水分替換成海藻糖，防止因為水結(jié)冰撐破細胞，導(dǎo)致細胞死亡。再次復(fù)蘇的時候，水分又會替換回來。

水是生命之源，不論人類還是水熊蟲，細胞內(nèi)都充滿了液態(tài)水。水分子由兩個氫原子和一個氧原子構(gòu)成，其中氫原子帶有微弱的正電荷，氧原子帶有微弱的負電荷。我們知道同性相斥，異性相吸。當水結(jié)冰時，由于不同水分子間氫原子和氧原子的吸引力，產(chǎn)生了晶體結(jié)構(gòu)，而水在液態(tài)的時候是沒有晶體結(jié)構(gòu)的。晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了固態(tài)的冰比液態(tài)的水體積大，這樣細胞就會在低溫下被撐破。

水熊蟲使用的海藻糖能阻礙在氫原子和氧原子之間的吸引，破壞晶體結(jié)構(gòu)，讓冰變成類似玻璃的非晶體結(jié)構(gòu)，這樣就能阻止冰的體積變大。這就是它能應(yīng)對低溫冷凍的原因。但人類并沒有這種能力，大多數(shù)脊椎動物也沒有。

人類天生沒有這種能力就沒辦法了么？實驗室里有沒有其他的可能性？答案是：科學(xué)家們已經(jīng)掌握了冷凍細胞并復(fù)活的方法。

這種被稱為深低溫保存的技術(shù)在細胞中加入冷凍保護劑，冷凍保護劑的作用就像海藻糖一樣，阻止水結(jié)冰的時候產(chǎn)生晶體體積變大。然后用干冰將細胞冷凍到零下80度，或者用液氮冷卻到零下200度。

為什么要冷凍到這個溫度呢？這是為了把細胞這個生化工廠停下來，細胞內(nèi)部的一些化學(xué)過程會破壞細胞本身，一些稱為蛋白酶的特殊蛋白質(zhì)在常溫下會不斷重塑細胞，而在極低的溫度下，各種微觀層面的生化反應(yīng)都停止了。細胞冷凍技術(shù)不僅能用在細胞上，也可以用在一些皮膚組織，肌肉組織，甚至是種子上，用于保存我們吃的糧食。一些糧食保護組織用這項技術(shù)保存了農(nóng)業(yè)作物的種子，還有優(yōu)秀家畜的胚胎，用來應(yīng)對氣候變化可能導(dǎo)致的糧食短缺問題。在挪威極地的冰雪下面有個巨大的冷凍種子倉庫，保存了全世界農(nóng)作物的種子，被稱為農(nóng)業(yè)的“諾亞方舟”。

但是這些研究對象主要都是種子和細胞，能否在像人這樣的哺乳動物身上實現(xiàn)呢？答案留到下一篇揭曉。