冷拉撒路
在寒冷的拉撒路,最后由英国电视剧作家丹尼斯·波特在他于1994年死于癌症,丹尼尔Feeld唤醒400年后世界媒体巨头。Feeld,波特的主角之前,与卡拉ok,死于癌症,但他的头已经被冻结。他被媒体大亨复兴Feeld 20世纪生活的记忆变成一个盈利的夜间娱乐活动。与波特的情况是显而易见的卡拉ok和冷拉撒路部分关心剧作家和观众之间的关系。波特用于冷拉撒路的文学设备——假死的使用,在这种情况下冻结,推动一个字符到某种想象中的未来——是一个古老的科幻小说。然而,它发现某种现实生活在低温运动。只28000美元- 120000美元,你可以有你的身体,或一个较小的数量只是你的头,冻结,希望在将来的某个时候可以恢复和恢复你的存在——这只表明你可以把它与你!目前有超过70具尸体,但是人体冷冻暂停举行的各种组织在美国提供这些设施。
它可能值得考虑什么问题必须克服这些机构成功地恢复。不仅会不管杀死他们首先必须纠正,造成的损害冻结过程本身需要修理。冻结期间,数以百万计的冰晶的形成在体内的组织推动他们的细胞分离和破裂血管,这意味着,解冻时,组织粉碎。如果心脏和肺并没有停止,冻结会使他们停止,饥饿的氧气和食物的组织。的形成的冰在体液集中,剩下的盐在水中解冻水隔离到冰晶增长。这将创建一个渗透梯度导致水撤出细胞,导致他们的崩溃,如果充分脱水,破坏(图5.1)。通过保持低温技术人员试图减轻这些影响心肺功能死后,缓慢冻结和灌注尸体的各种化学物质。尽管有这些预防措施,就必须发生相当大的损害。
尽管我们可能治疗cryogenecists有些怀疑的说法,有,值得注意的是,许多生物已经解决了这些问题,并能够生存很大比例的水的冻结。这些包括一些动物,有的是线虫,软体动物,蚯蚓、昆虫、其他节肢动物甚至青蛙和海龟。
寒冷的生物学
低温生物学是研究生物的反应,细胞和组织冷,特别是极端寒冷和冻结。主要有两股。首先是关心试图保护生物材料通过冻结(冷冻保存)。这包括人类组织和器官的存储用于医疗目的,保护精子和卵子的家畜育种,银行种子和其他材料的保护和保存食物。低温贮藏往往涉及生物材料暴露在严寒,或生物体从它的起源,不自然甚至可能没有经验在自然条件下生存。其他链在低温生物学研究的有机体,有一种天然的生存能力冻结条件。这两条线重叠。低温贮藏技术通常是发达主要是通过试验和错误的方法。的技术,证明成功的往往是那些自然一些生物体生存冻结。这包括速率的控制冻融发生和糖的使用或多元醇(糖醇,如甘油)作为冷冻保护剂。如果我们能进一步了解一些自然生物生存冻结,我们可以用这些知识
152生命的极限
细胞外的水含有溶质
成冰作用开始
成冰作用除去水和集中的溶质剩下的液态水。
成冰作用仍在继续
细胞外的渗透压浓度的增加了水的细胞iigure 5.1冷冻浓缩的效果。
渗透浓度的增加细胞外的细胞吸水
iigure 5.1冷冻浓缩的效果。
改善我们的技术材料的低温贮藏,不自然地生存。本章小说的一些生物体的生存能力暴露在严寒的天气,他们经验环境的正常功能。
第一个描述整个有机体的生存冻结是由亨利在1663年掌权。他带一罐醋与“分钟鳗鱼”出没(可能是醋线虫Turbatrix aceti,线虫),沉浸在一个寒冷的冰和盐的混合物。醋时解冻2 - 3小时后,小动物的跳舞和搜身和以往一样活泼。后不久(1683年),物理学家罗伯特·博伊尔发表了他观察的物理、化学和生物的影响。博伊尔生物工作一直受到观察尸体被埋在格陵兰岛的冻土保存了30年以上没有腐烂的迹象。他表明,低温能帮助保护鸡蛋,肉,水果和各种各样的其他生物材料,但他们的结构改变了如果他们冻结,然后解冻。他试着冰冷的青蛙和小鱼(白杨鱼)在罐子的水。他们可以恢复被包裹在冰后很短的一个时期,但是鱼被冻了三天死了。法国科学家和昆虫学家Rene-Antoine Ferchault德列氏寒暑表是第一个描述冻结实验昆虫(1736年)。他用准确温度计来测量温度的昆虫,用他发明的温标(列氏温标以水的冰点为零,其沸点为80°R)。 He found that an unnamed species of caterpillar could survive freezing to —20°C ( - 17°R) and that the blood (haemolymph) of different caterpillars froze at不同的温度。他把这白兰地的不同优势,因为疲软的白兰地将冻结在更高的温度比一个更强的白兰地。这是第一次建议动物的抗冷可能取决于他们的血液的理化性质。
19世纪的旅行者经常北极返回冰冻的动物的故事。约翰•罗斯爵士,他和他的侄子
詹姆斯克拉克·罗斯,位于磁北杆,发现幼虫存活温度-11°C到-47°C。逝世的约翰爵士富兰克林试图寻找西北通道,记录,一条鱼(鲤鱼),被冻了一天半,解冻,跃升了热情。一个探险家甚至描述了阿拉斯加黑鲸(Dallia胸)一直冻结在冰好几个星期的基石是喂他的狗。鱼显然解冻,重新温暖的狗的胃,导致他们吐出来的活鱼。不幸的是,这份报告从未被证实。这些帐户,然而,鼓励相信几乎任何动物可以生存冻结,一个想法支持的实验已报道的生存蜗牛冻结- 130°C后,青蛙到-28°C和金鱼- 15°C。然而,其他报告不同意,发现同一种蜗牛就无法生存5°C和青蛙死在- 1.8°C。
这些报告之间的差异的原因是,它可以显著的时间长度为一个动物冻结。如果一个动物从室温(20°C)转移到一个冰箱(-20°C),它需要很多小时冷却到40°C需要达到的温度的新环境。如果动物是恒温动物(如哺乳动物),它可以生成自己的热量,连同其绝缘,延迟冷却更多。因此,报告出现在报纸上,家庭的宠物仓鼠新兴毫发无伤地从冰箱里已经不小心被困在一夜之间。动物可能是包裹在冰有一段时间了,但身体仍然高于冰点。即使动物开始冻结,冻结成冰将发生在其表面层和致命的冻结前可能需要更多小时的更深的组织发生。许多年(直到1982年)之前决定性地证明了几个种陆栖脊椎动物(爬行动物和两栖动物)可能确实生存冻结,冻结成冰的身体去完成。没有令人信服的实验显示冻结生存的哺乳动物,鸟或鱼。然而,许多无脊椎动物,可以忍受身体的寒冷。
住在冰箱里
正如我们在第2章中看到的,有许多环境生物暴露在温度低于0°C,从而冻结的风险。在极地地区,陆地生物暴露于严寒在一年的大多数时间。在温带地区,他们必须忍受几个月的冬天,当零下的温度可能会持续很长一段时间。高山是另一个地方那里是永久性的雪和冰,甚至在赤道上。每天接触的低温可能发生和/或季节性的基础。
吸热的动物(鸟类和哺乳动物)可以阻止身体冻结通过生成自己的热量。他们保留热量,因为提供的绝缘羽毛或皮毛,和皮肤下的脂肪层。其他热保护措施包括挤在一起和恢复热呼出的气息和身体的四肢的血液循环。帝企鹅也许是最壮观的例子,这些方法为生存在寒冷的(见第二章)。恒温动物在寒冷环境下可以保持活跃,如果他们能找到足够的食物,也可以减少他们的新陈代谢和潜伏,直到返回温暖的条件。尽管气温很低,温度下一层绝缘的雪,在地面下或者一个湖的底部可能维持在0°C。有机体可能完全避免寒冷的冬季迁移到更暖和一点的地方。然而,大多数生物体无法避免寒冷的温度,对于他们来说,选择是生存成冰作用在身体或阻止他们的身体冻僵了。
冻结冻结吗?
生物的风险冻结温度低于熔点的身体和细胞的液体。有两个主要的反应:他们可以生存下去冰的形成在他们(它们冻结宽容)或机制,确保他们的流体是液体温度低于水的冰点和熔点的体液(它们冻结避免)。有机体所使用的策略取决于结构和生理学的发展在其进化历史和环境的特殊要求。如果生物生活在潮湿或潮湿的环境中,冰可能接触其表面环境冻结。这可能导致其体液冻结的冰在细胞或体壁旅行,或通过口或肛门等身体开口,这一过程称为接种的冻结。大多数生物生存的低温等环境因此可能冻结宽容,因为接种的冻结冻结会使他们的身体。然而,一些可能有结构如角质层,蛋壳,茧或鞘允许他们预防接种的冻结作为冰的蔓延到身体的障碍。这使他们保持他们的身体或细胞液体液体,尽管它们的表面接触外部的冰,和使他们能够避免接种的冻结。的处境有机体可能暴露于低温与很少或没有水接触表面(例如许多陆生昆虫),它没有接种的冻结的问题,它可能是更容易维持体液在低温液体状态,从而避免冻结生存。
冷生存的两种策略,然而,不是相互排斥的。有一些报道的昆虫显然冻结宽容避免切换到被冻结。甲虫的幼虫过冬(树状的黄花)从印第安纳州北部,当研究约翰Duman和凯西Horwarth圣母院大学的1977 - 1978和1978 - 1979年的冬天,冻结在8°C到-12°C,但存活到-28°C。1982年再次检查的时候,然而,他们冻结和被杀——26°C,显然切换从freezing-tolerant freeze-avoiding策略在这几年。有适应freeze-avoiding之间的共同点和freezing-tolerant昆虫可能使它容易在两种策略之间进行切换。必须说,然而,只有一个昆虫的其他报告(另一个甲虫,Cucujus clavipes)显示这种战略的转变。南极线虫Panagrolaimus davidi冻结托勒蚂蚁当浸在水里,但是,当自由表面水,当然,没有接种的冻结,它可以通过避免冻结。的耐寒性策略显示因此取决于动物的特定特征的微环境。表面水的情况下线虫是免费的但不是干的是,然而,可能是一个暂时的,水损失应该继续,线虫anhydrobiotically生存。
许多生物无法生存的低温,死于致命的影响低温不冻结的结果。这些生物被称为是令人心寒的宽容和痛苦prefreeze死亡率。低温的致命影响包括膜结构的破坏和蛋白质,以及代谢途径之间严重失衡的生产。这种损伤可能只体现在生物暴露在低温下一段时间。因此必须注意确定生物体不受prefreeze死亡率在结束之前,它可以生存的低温freeze-avoiding策略。
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