暂停生命，低温生物学终极梦想？( 二 ) _小知识

然而，无论氧气多么的重要，也不能掩盖它氧化分解摧毁生命分子的本质。尤其在细胞主动利用氧的情况下，会有生成大量比分子氧更加活泼的自由基。在正常情况下，细胞利用一系列的酶，直接或间接的对抗氧及其自由基所带来的损伤。但随着温度的下降，虽然破坏的速度也随之下降，但因酶的催化才加速的对抗能力，现在随着酶的活性剧烈下降，而急剧降低，本来平衡的化学反应最终倒向了破坏的一方。从根本上而言，生命作为一种有序结构，本来就是一种钢丝上的舞蹈，平衡如果崩解，生命自然就此终结。当然平衡的崩溃速度，对不同的生命形式而言，差异很大，许多植物的种子只需零度左右的低温，就可显著延长储存期，同时不会受到明显的化学伤害。但要长时间储存动物细胞，需要低得多的温度。
至于冰晶伤害，和水的性质有关，水是一种少见的在结晶固化后，体积不减反增的物质，这是冰块可以漂浮在水面上的原因。而因冰冻暴裂的水管，可以让你直观的想象到细胞冻结爆裂的场景。除此之外，冰晶的刚性结构，会将其它物质排斥在外，导致尚未冻结的液体中溶质的浓度大幅上升，过高的盐浓度以及有害物质可直接损伤细胞。
通往安全冻结之路
从基本的物理和化学规律，可以推导出长时间储存动物细胞，通常需要零下120度，当然零下196度更好，在这样的温度下，一切化学进程都几乎完全停滞，除非储存时间以地质时间为标尺，此时唯一的伤害来自于高能射线的，但这通常需要数百年的时间才会具有真正的威胁。数十年的研究，科学家发现，冻结和复苏动物细胞时，存在一个明显的危险温区，零度到零下60度，损伤主要发生在这个温区。如何度过这个危险温区安全抵达零下120度，就是研究的重点，先让我们看看在冻结动物细胞时，可能发生的事情。
细胞的冻结，通常是从零下5度开始，这是因为细胞内外的液体都是盐溶液。当细胞内外的液体进入过冷态后，细胞外液率先结冰，这些冰基本上由不含盐分的水构成。如果降温过快，这些冰就可能突破细胞膜进入细胞，或者细胞内液也迅速开始结冰，这些快速生长的冰晶几乎一定会导致细胞膜发生严重损伤，复苏的希望就此终结。那么抗寒生物的能力从何而来？答案是甘油类抗冻物质的合成。
甘油溶液的冰点很低，当细胞外液开始结冰后，胞内液的温度还在冰点之上。而伴随着结冰的过程，外液的盐浓度开始上升，在渗透作用的影响下，细胞开始脱水，速度因细胞膜等因素的不同而有所差异。细胞体积收缩，一方面可以规避胞外的冰晶，一方面还可进一步降低胞内的冰点。所以，这些抗冻生物的细胞在自然环境的低温下，大多并没有被真正冰冻，这就有效了防止了冰晶的损伤。而这些抗冻物质的存在，还可防止细胞过度脱水收缩带来的损伤，同时使得有害物质的浓度不会上升得太高，减缓了可能的化学伤害。
但要想在数年甚至更长的时间内保存细胞，零下数十度的温度是太高了，不冻结住胞内的液体，化学损伤就无法真正避免。而冻结胞内液体的时机选择就是关键中的关键，如果一直低速降温，那么细胞就可能过度收缩，同时高浓度的胞内溶液将直接损伤细胞。所以，我们需要当细胞收缩恰到好处之时，急速降温冻结住胞内液体。而目前的研究显示，不同的细胞，安全冻结的降温以及复苏的过程差异很大。这就是为什么，直到今天为止，器官移植中“浪费”现象非常严重，一个器官由太多不同类型的细胞构成，要长时间的安全冻存，今天的科技还无法做到。当然对低温生物学的研究，已经大幅度的延长了器官的保存时间，比如肾脏，从前离体后，必须在六小时内移植，而现在通过低温抗冻液体灌流术，已经可以延长到72小时，但这点时间依然太短。许多志愿捐献的器官，在突发事件发生后，根本来不及移植给任何人，就彻底的死亡。这是不是意味着，类似冬眠机这样的东西永远都只能属于科学幻想呢？近年来，低温生物学的新发现，也许可以帮助我们开辟另一条安全冻结之路。

暂停生命，低温生物学终极梦想？( 二 )

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