李忠东
木蛙在北美随处可见,是生活在北极地区的唯一一种两栖动物。酷寒的极地气候常常使冬季夜晚的温度降至-9°C至-18°C的低温,但木蛙却冻不死,随气温下降它把自己冻成一块冰。等到天气回暖,木蛙体内外的冰块逐渐融化,几个小时后就能够恢复活蹦乱跳的行动能力。
研究人员利用核磁共振对冷冻和解冻过程中的木蛙进行成像,发现它们身体的结冰过程从边缘的肢体部位开始,以特定方向逐渐蔓延至体内,整个过程持续4个多小时。当气温降到0℃以下,在10分钟内,木蛙的皮肤组织开始结冰;3小时后,动脉和静脉血管冰冻,心脏和大脑停止运作,但肝脏依然保持着未冻结的状态,不過体积大大缩小;在24小时之内,其65%的身体会被冻住,肝脏也慢慢地开始结冰,最终全身结成冰块,保持长达8个月的“冰冻”状态。
而解冻的过程完全相反。当外界温度恢复到0℃以上时,木蛙的内脏首先解冻,再向全身各部位蔓延开去;到52分钟时,肝脏成为最先完全解冻的器官,不过体积尚未能恢复到原始状态;慢慢地,木蛙四肢的肌肉组织也开始解冻;3小时后,心脏完全恢复运作,血液再次灌注到血管和肝脏之中。
科学家发现,在木蛙的耐冻特性中,肝脏发挥着重要作用。每年的夏季和秋季,它们的肝脏就会储备大量的肝糖原。等到了冬季环境温度开始降低时,肝脏会快速分解肝糖原,在体内产生大量葡萄糖,并通过提高心率的方式,尽可能地让葡萄糖以最快的速度分布全身。对细胞而言,葡萄糖是一种很好的冷冻保护剂。这就相当于在器官周围安上了一个大冰窖,保护了器官的完好功能。
值得一提的是,木蛙的尿液在抗冻防寒中也派上了大用场。它们在长达8个月的休眠期内始终不排尿,这是因为它们肠道中的特有微生物能回收尿液中主要的代谢成分尿素。木蛙将回收的尿素转换成有用的氮,让自己在冬眠、内外结冻时维系生命。
(摘自《科学24小时》 )