據(jù)《紐約時報》報道，當(dāng)一年zui冷的季節(jié)來臨時，居住在高緯度地區(qū)的人們窩在舒適的房子里面。我們可能會同情在外面忍受寒冷天氣的小鳥和小松鼠們，因此會喂給它們一些食物。但我們很少想到那些更小而又不怎么討人喜歡的動物，例如，那些在夏天居住在后院或樹林中的昆蟲和蜘蛛。
當(dāng)春天到來時，它們會重新出現(xiàn)，所以不管怎樣它們必須經(jīng)受嚴(yán)寒的考驗。這些既沒有皮毛又沒有羽毛保護(hù)的動物，在天寒地凍的天氣中是怎樣生存下來的呢？
昆蟲在進(jìn)化過程中產(chǎn)生了各種防冰凍物質(zhì)，這種阿拉斯加甲蟲能夠在氣溫零下70℃的環(huán)境中存活下來。
低溫天氣對生命的真正威脅并不是寒冷，而是結(jié)冰。由于身體和細(xì)胞主要是由水組成的，結(jié)冰可能是致命的，因為結(jié)冰會破壞細(xì)胞內(nèi)液體和細(xì)胞外液體的平衡，導(dǎo)致細(xì)胞萎縮，并對組織造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。
黑脈金斑蝶，又稱帝王蝶，是北美大陸常見蝴蝶。它是地球上*的遷徙性蝴蝶。
因此，昆蟲通過進(jìn)化，采取各種方式以避免結(jié)冰。一種策略是*逃避冬季。象蝴蝶中的黑脈金斑蝶遷移到南方越冬。這是一個偉大的解決方案，但也是一個相對比較罕見的能力。大多數(shù)昆蟲在冬天時留在原來的棲息地，所以必須尋求其他方法以避免結(jié)冰。它們有的躲進(jìn)積雪覆蓋著或霜凍線以下的洞穴里，還有一些昆蟲的幼蟲躲到不會*結(jié)冰的湖泊和池塘的底部越冬。
但是有許多昆蟲和其它一些動物，要直接與零度以下的氣溫打交道，則會通過在體內(nèi)產(chǎn)生防凍劑這種生化特性來保護(hù)自己。
數(shù)十年前?，F(xiàn)在在伊利諾伊大學(xué)的亞瑟·迪夫利（Arthur DeVries）和他的同事在南極魚類的血漿里*次發(fā)現(xiàn)了動物防凍劑。南極洲周邊的海洋非常寒冷，約為零下1.7℃，因為海水的咸度使其在淡水冰點(diǎn)以下幾度仍保持液體狀態(tài)。但海水里漂浮的大量冰晶粒子對那里的魚來說是一種危險，如果這些冰晶粒子被魚吞入，會在腸道里形成冰晶，然后，“砰”地一聲，海面上就會出現(xiàn)許多凍魚條。要防止這種情況發(fā)生，除非魚的體內(nèi)能有什么東西來遏止冰晶的膨脹。
這時候魚類的防凍蛋白在起作用。屬于南極魚（Notothenioidei）科的大約有120種魚，這些魚的組織和血液內(nèi)充滿了防凍劑。它們的防凍劑是一種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)有一個不同尋常的重復(fù)結(jié)構(gòu)，可以與冰晶結(jié)合。這樣，能把冰晶膨脹的zui低溫度降低到約零下2.2℃。這比南極洋的zui低溫度只是稍低點(diǎn)，但與一般魚類（血漿中不含抗凍劑的魚類）血漿的冰點(diǎn)要低整整2℃。這一保護(hù)上的小小的差距產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，使含防凍劑的魚類現(xiàn)在在南極水域中占主導(dǎo)地位。
雪跳蚤其實不是跳蚤而是躍尾蟲的一種，它可以在零下7度環(huán)境生活。
一些動物如雪跳蚤即使在冬季仍很活躍，當(dāng)溫度降至零下7℃時，仍可發(fā)現(xiàn)在雪堆上有雪跳蚤在蹦蹦跳跳。這些小蟲子其實不是真正的跳蚤，它們是躍尾蟲的一種，是一種原始的無翅昆蟲，能夠利用尾巴跳躍很長的距離。加拿大女王大學(xué)（Queen’s University）的勞里·格雷厄姆和彼得·戴維斯兩位教授從雪跳蚤中分離出防凍蛋白，并發(fā)現(xiàn)它們也有一個簡單的重復(fù)結(jié)構(gòu)，可以與冰晶結(jié)合，防止冰晶膨脹。
雪跳蚤的防凍蛋白與其它昆蟲如赤翅甲蟲分離出的防凍蛋白有*不同的組成，而后者的抗凍蛋白又與從云杉卷葉蛾幼蟲的不同。而且，所有這些昆蟲的防凍劑都不同于使南極魚存活下來的防凍劑。每種動物的防凍劑都是進(jìn)化過程中的獨(dú)立發(fā)展而來的事物。
但是，昆蟲的創(chuàng)新并不限于防凍劑。生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了另一個對付寒冷天氣的策略：有些昆蟲能夠忍耐冰凍。像美國阿拉斯加內(nèi)陸那種zui北端的氣候，在隆冬時氣溫能下降到零下50℃ ，而且直到5月份還是白雪皚皚，溫度仍在零度以下。在這種天氣下，大多數(shù)昆蟲都被凍僵了。例如,阿拉斯加“Upis”甲蟲在零下7℃會凍僵。但是，令人矚目的是，它卻能夠在溫度低至零下70℃的環(huán)境下存活下來。
昆蟲能夠忍耐冰凍的的關(guān)鍵是它們能夠?qū)⒈鶅?/span>（和解凍）通常會產(chǎn)生的損害減少到zui小。它們在進(jìn)化過程中產(chǎn)生了各種防冰凍的物質(zhì)。當(dāng)冬天即將到來時，許多耐冰凍昆蟲會產(chǎn)生高濃度的甘油和其它種類的乙醇分子。這些物質(zhì)并不能阻止結(jié)冰，但能使結(jié)冰的速度變慢，從而使細(xì)胞周圍的液體以一種更可控的方式結(jié)冰，而細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)不會結(jié)冰。
為了zui大限度的保護(hù)自己，一些生活在北極的昆蟲綜合使用了防冰凍物質(zhì)和防凍劑來控制冰晶的形成，從而保護(hù)細(xì)胞并防止在解凍過程中又重新結(jié)冰。事實上，來自美國圣母大學(xué)和阿拉斯加費(fèi)班克大學(xué)的一個研究小組，zui近在Upis甲蟲中發(fā)現(xiàn)一種新型的抗凍劑。這種防凍劑與其它甲蟲、雪跳蚤和飛蛾的防凍蛋白不同，它是一種被稱為“xylomannan”的多糖，但在抑制冰晶膨脹上，其效果可以與活性zui高的昆蟲防凍蛋白相媲美。
在進(jìn)化的過程中，避免體內(nèi)結(jié)冰的必要性導(dǎo)致了許多新事物的出現(xiàn)。防凍劑的新發(fā)現(xiàn)提高了利用更多的化學(xué)方法去發(fā)現(xiàn)昆蟲如何應(yīng)對寒冷天氣的可能性。這不僅是一個深奧的有關(guān)北極昆蟲學(xué)的問題，而是具有現(xiàn)實意義。長期以來，對人類器官保存的一個挑戰(zhàn)正是這些昆蟲已經(jīng)解決的問題：如何讓組織可以長時間冰凍，然后能夠成功地解凍。一些研究小組正在探索將動物世界獲得的啟發(fā)應(yīng)用到醫(yī)療手術(shù)中去。
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