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黑人族长一惊一乍的问道:“氧气还能杀人?!”
“今天,氧不被称为毒气而是生命之息,是因为,在亿万年前,一种微生物‘学会’了驾驭氧,利用它强大的氧化能力,分解有机分子借此获得大量能量。
因为我们还不太清楚的原因,这种微生物放弃了独立的生活方式,演化成原始真核细胞中的线粒体。
正是由于,快速大量的能量供应使得多细胞的生命形式成为可能,而我们正是原始真核细胞的后代子孙。
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,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,可以让你直观地想象到细胞冻结暴裂的场景。
除此之外,冰晶的刚性结构,会将其他物质排斥在外,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。”
黑人族长皱了皱眉头,“所以呢?你还是没告诉我们到底要怎么突破这些限制啊。”
“你急什么,这数亿年才演变总结而来的规律,你别试图分分钟把它搞懂。
你以为你是我吗!”
小男孩得意地继续说道:“细胞的冻结,通常是从-5℃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。
这个困扰了科学界很多年问题,其实并非那么困难,只是起初人们走了很多弯路而已。
最终在一次偶然的实践中人们意外找到了答案: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,已经大幅度地延长了器官的保存时间,比如肾脏,从前离体后,必须在6小时内移植,而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,就彻底地死亡。
所以冬眠术看似又走到了一条死胡同,直到无定型冰的出现全面扭转了这一局势。
液体转变成固体有两种方式,一是经过相变,以晶体方式的不连续地固化,而玻璃态固化过程中不经历相变,液体连续地被固化。
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