在 Ken 和 Janet Storey 夫妇看来,最有趣的青蛙是那种不会动、不会呼吸、没有心跳、没有脑活动的青蛙。在渥太华卡尔顿大学 Storey 夫妇的生物化学实验室里,他们常常把实验对象丢进工业冰箱。他们称之为“冰冻蛙”,尽管它们内部仍然部分是液态的。“基本上,身体会变成一种糖浆状的物质,”Ken Storey 说。对青蛙来说,这没什么大不了的。像其他少数几种生物一样,常见的林蛙(Rana sylvatica)是一种生物学上的谜团。它们在冬季沉睡于零度以下,组织坚硬如铁,然后在春天复苏,精神抖擞。它们是动物界的“睡美人”。
Storey 夫妇花了 20 多年时间,找出使这种复苏成为可能的基因开关和生化过程。他们在器官移植领域的生物学家们一直密切关注他们的研究:如果捐献者的心脏或肾脏可以在不损坏的情况下冷冻和储存,医生们就可以大大增加移植的数量。林蛙几乎能从死亡中复苏的事实,也激发了商业低温保存实验室的未来幻想,这些实验室将人体尸体冷冻保存,寄希望于未来的医学技术能够将他们复活。
恒温动物的体温设计为保持在接近恒定的温度——人类约为华氏 98.6 度。当它们开始变冷时,新陈代谢会加速,产生内部热量。一旦这个系统崩溃,动物就会完全冻僵,冰会将它们的内部撕裂:细胞中的水分在结冰时膨胀,会撕裂细胞膜并使细胞器脱落。
林蛙和其他几种动物,如箱龟,则完全相反。当温度降至零度以下时,青蛙的新陈代谢会几乎停止,这样它们的细胞就可以在极少量的氧气和能量下生存。与此同时,肝脏会开始泵出葡萄糖,使血液中的葡萄糖浓度升高到糖尿病患者的 50 倍以上。在青蛙体内腔结晶的冰会从皮肤和器官细胞中吸走部分水分。这进一步浓缩了细胞内的葡萄糖,使其变成防冻剂,防止剩余的水结冰。(商业防冻剂由一种与葡萄糖类似的糖醇制成,称为乙二醇。)有了细胞内的防冻剂,青蛙可以一直处于麻痹状态直到春天,那时它们的新陈代谢就会恢复活力。“它们会处于脑死亡状态几个月,然后又会重新开始思考,”Ken 说。
零容忍
Storey 夫妇表示,林蛙能够冷冻和解冻的能力可能是在大约 15,000 年前的冰河时代进化而来的。青蛙湿润、娇嫩的皮肤细胞本已优化以防止脱水;冰川条件只是将这一过程提升了一个档次。通常情况下,高血糖会触发一种称为糖基化的过程,在此过程中,葡萄糖分子会结合到身体的结构蛋白上,造成细胞损伤。在林蛙身上并非如此。Storey 夫妇最近分离出一种能使糖基化过程短路的基因。其他 DNA 测试使他们能够识别出关闭新陈代谢过程、控制冷冻期间细胞体积以及限制氧气重新流入细胞时所造成的损害的基因。
当 Storey 夫妇比较冷冻林蛙的肝脏与处于正常状态的对照组青蛙的肝脏时,他们还发现了异常高水平的信使 RNA 分子,这些分子编码纤维蛋白原,一种促进血液凝固的蛋白质。一旦被血液中的酶激活,纤维蛋白原的碎片就会结合成坚固的网状结构,封堵因冷冻-解冻循环压力而在血管壁形成的任何泄漏。
加州大学伯克利分校的工程师 Boris Rubinsky 与多位科学家合作,将 Storey 夫妇的研究成果应用于包括人类在内的其他动物。1999 年,Rubinsky 和他的同事使用一台计算机控制的泵,向大鼠肝脏注入了多种低温保护化学物质。他将肝脏在华氏 29.3 度下冷冻约两小时,然后解冻并将其移植到其他大鼠体内。在九名接受移植的大鼠中,有八只在接受供体器官后存活了数小时,有一只存活了五天,这表明肝脏至少部分功能正常。自那项里程碑式的试验以来,Rubinsky 和以色列特拉维夫 Sheba 医疗中心的まさ(Sheba Medical Center)的研究人员已将类似的冷冻技术应用于冷冻大鼠心脏。在 2003 年的一项实验中,心脏在解冻并移植后保持了活性并跳动了一个多小时。
冷冻保存器官有一天可能会彻底改变移植,但一些科学家正着眼于更大的目标:冷冻完整的人体。亚利桑那州斯科茨代尔的 Alcor 生命延续基金会(Alcor Life Extension Foundation)在 2002 年因与已故棒球运动员泰德·威廉姆斯(Ted Williams)的一些亲属发生争执而成为新闻人物。Alcor 的官员表示,威廉姆斯死后支付费用让他们冷冻其遗体,但他的侄子 John 和 Samuel Williams 最近提起了诉讼,声称该公司未经合法许可这样做。Alcor 仍在保管遗体,等待未来的法律诉讼。
Alcor 的目标是,在其网站上宣称的,让已故客户“处于未来医学可视为具有活力和可治疗的状态”。大多数低温生物学家认为这是一种空想。“他们试图一步到位,”Ken Storey 说。“他们处理的温度比自然界中的任何温度都要低,因此存在广泛的组织损伤和细胞脱水。”然而,Alcor 从未保证其客户能够获得 15 万美元投资的回报。“这只是一个实验——充其量是投机科学,”公司首席执行官 Joe Waynick 说。
Waynick 补充说,Alcor 正押注于“结构的生存就意味着个体的生存”这一命题。该公司的科学家们正试图弄清楚如何将尸体冷却到导致完全新陈代谢停止的温度(约 -321 华氏度),同时将组织损伤降到最低,以便尸体能够完好无损地保存数千年。为此,他们向客户注入了一种专有的碳水化合物基防冻剂混合物,类似于 Storey 夫妇实验室中青蛙天然产生的防冻剂。Waynick 认为,20 世纪 70 年代和 80 年代首批注册 Alcor 保存的客户中,有些人因冷冻受损过于严重而无法复苏,但他表示,目前的技术不太可能造成“开裂”。组织被注入了大量的低温保护剂,因此它们不会完全固化。然而,仍然存在重大障碍,包括防冻剂对组织的毒性作用及其在体内分布不均。“不同的器官吸收低温保护剂的速度不同,有些效果不如其他器官,”Waynick 说。
在 Storey 夫妇看来,Alcor 这样的机构与大多数有组织的宗教之间的区别不大。“永生的承诺对几乎所有人都有吸引力,”Ken Storey 说。尽管如此,他们并不完全否定低温生物学更宏大的目标。“几十年后,我们或许能够冷冻宇航员进行长途任务,诸如此类的事情,”Janet Storey 说。“但我们的重点不是如何将这些技术应用于未来的人类。我们想弄清楚生物系统是如何运作的。其他人可以继续发展下去。”














