每天一物種，帶你看世界。1小時前
公眾號：物種日歷/GuokrPac
作者： 一個男人在流浪
三體危機(jī)紀(jì)元12年，章北海了卻了最后一樁心事，安然踏入休眠艙“支援未來”。兩個世紀(jì)后，深沉如海的政委再次醒來，繼續(xù)踏上他早已篤定的道路。這是《三體》世界中至關(guān)重要的一幕，然而如同在許多科幻作品中的遭遇一樣，成就這一幕的關(guān)鍵——將人超低溫休眠的技術(shù)——卻早已被讀者有意無意的忽視了。這也難怪，畢竟自從尼爾·瓊斯在1931年的科幻小說《奇異的故事》中首次提到了使用低溫將人體器官長期保存的設(shè)想以來，低溫休眠早就成了太空探索背景的科幻故事中的標(biāo)配。
科幻經(jīng)典《異形》開篇，一行人從休眠艙中醒來 | Alien (1979)
和其他文學(xué)體裁不同，科幻作品素來以大膽設(shè)想、天馬行空著稱，在科幻作品中出現(xiàn)整齊劃一的“設(shè)定”，只可能基于2個原因——它或許是對科幻史上那些標(biāo)志性作品中相似場景的致敬，也可能對當(dāng)先已經(jīng)初現(xiàn)的技術(shù)原型的合理拓展。
《星際穿越》中，眾人找到了休眠中的Mann博士 | Interstellar (2014)
湊巧的是，超低溫休眠技術(shù)，兩者兼?zhèn)洹?/p>
“死而復(fù)生”的青蛙
最早提出“超低溫休眠”設(shè)想的并非一位科幻作家，然而他足夠赫赫有名。傳奇的一生里，本杰明·富蘭克林做出了許多成就，然而自始至終，探索自然奧秘最讓他樂此不疲。彼時的北美洲如同一座充斥著新奇野趣的富礦，但在諸多探險隊傳回的荒野故事里，來自北方極寒之地的一則尤其引起富蘭克林的注意。
北美林蛙 | Brian Henderson / Wikimedia Commons
許多探險家記述道，在大陸北方棲息的一種小蛙似乎擁有“死而復(fù)生”的能力，在氣溫驟降至冰點后，這些小蛙身體凍結(jié)，看似已經(jīng)完全沒有生命跡象，然而次年氣溫回暖后，它們居然可以解凍復(fù)蘇?！彼蓝鴱?fù)生“的蛙讓富蘭克林驚奇，也極大地拓展了老人的腦洞。如果可以搞清小蛙解凍復(fù)蘇的奧妙，是否就可以使用同樣的方式將人冰凍起來穿越到未來？今天被惡疾困擾的病人或許可以在未來重獲健康，遙不可及的星際航行也能得以實現(xiàn)。
北美林蛙的分布區(qū)域緯度跨度極大，不同緯度的林蛙對寒冷環(huán)境的適應(yīng)力也各有不同 | Wikimedia Commons
富蘭克林辭世后的35年，神秘的北方之蛙終于得以科學(xué)描述，此后的200年里，我們也逐漸洞悉北美林蛙（Rana sylvatica）”死而復(fù)生的奧妙。作為無尾目分布最北的一種，北美林蛙享受了高緯度空曠的生態(tài)位，卻也同時要與這里極端惡劣的環(huán)境抗衡。像大多數(shù)近親一般的掘洞冬眠在凍土夯實的極地并不適宜，即便能及時躲入地洞，極寒環(huán)境下的低溫一樣可以沁透土層。
北美林蛙能在低溫中生存 | Wikimedia Commons
北美林蛙由此演化出極為特化的保命絕技——初秋時林蛙的肝臟已經(jīng)開始儲備糖原，凜冬將至，肝臟又將糖原轉(zhuǎn)化為葡萄糖；與此同時，通過分解肌肉和蛋白質(zhì)，林蛙體內(nèi)的尿素含量也在激增。葡萄糖和尿素充盈在全身各處，林蛙的體液已經(jīng)成為一種富含葡萄糖和尿素的混合液體，其中尤以脆弱的大腦和心臟處的濃度最高。這種溶液的冰點比水低很多，以此來確保冬季時，這些重要的器官并不會真正結(jié)冰。
掌握了防凍技術(shù)的北美林蛙 | J.M.Storey
將自己變成全身“糖尿病”實在是無奈之舉。人們早已發(fā)現(xiàn)，在超低溫狀態(tài)下，細(xì)胞的一切化學(xué)活動和新陳代謝（包括死亡）都會變得緩慢，甚至停滯，而隨著溫度的上升，細(xì)胞活動又會慢慢恢復(fù)活躍。然而低溫的另一面卻”鋒利無比“，液態(tài)的水在凍結(jié)過程中會結(jié)晶，冰晶鋒刃銳利，在水結(jié)冰體積膨脹的過程中會毫不留情的刺穿細(xì)胞膜，造成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)性破壞。這也是為什么家中的凍肉總是會在化凍后流淌出許多血水。
這樣的細(xì)胞即便解凍也不可能再存活，想要掌握冷凍休眠技術(shù)，首先要過冰晶這一關(guān)。北美林蛙利用葡萄糖和尿素加濃體液，正是為了避免冰晶對身體組織、尤其是大腦和心臟等重要器官的損害，今天的觀察發(fā)現(xiàn)，北美林蛙可以在零下4攝氏度的環(huán)境下存活2個月，也能抵擋零下16度的極端低溫。
強(qiáng)大的適應(yīng)能力讓北美林蛙成為北美最常見的兩棲類之一 | Dave Huth / Flickr
防凍劑與人類的未來
受到林蛙的啟發(fā)，人類也嘗試著使用同樣的方式達(dá)到相似的目的。人們用甘油來滲透到細(xì)胞內(nèi)部，置換游離的水，并與水分子通過氫鍵結(jié)合，干擾冰晶的形成，此后，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了二甲基亞砜、乙二醇（汽車防凍液主要成分）等也可以起到類似的作用，它們被統(tǒng)稱為——抗凍劑。此外，冰凍還需要考慮到微生物的侵襲，人們又學(xué)會了利用液氮營造零下-196℃的超低溫環(huán)境，這個溫度下微生物也無法存活，如此一來就達(dá)到了長期冰凍保存的目的。
小小的林蛙，可能對人類探索太空有所啟發(fā) | Benny Mazur / Wikimedia Commons
至此，超低溫休眠技術(shù)慢慢走上實用。首先采取超低溫保存技術(shù)的領(lǐng)域是畜牧業(yè)。以前，人們?yōu)榱双@得更好的牲畜幼崽，會讓母牛、母豬之類的和基因優(yōu)良的種牛、種豬交配，這受到了交通等的局限，效率也極為低下，大型牲畜的配種過程還時常對人和畜帶來傷害。
在1951年，人們首次采用超低溫休眠成功完成了牛的精液保存，今天的種畜業(yè)已經(jīng)可以將種豬、種牛的精液人工采集下來，低溫環(huán)境下販賣到全球各地，再用人工授精的方式完成授精。僅僅在2年后，人的精液保存和人工授精也取得了成功。自此，“捐精”一詞就進(jìn)入了公眾的視野。
液氮中冷凍保存的牛精液 | Uwemuell / Wikimedia Commons
單個細(xì)胞的超低溫保存已經(jīng)實現(xiàn)了，但將整個人體超低溫保存依舊困難重重。對細(xì)胞的冷凍基本不需要考慮冷凍均勻的問題，但人不同，人是有厚度的，這個厚度會導(dǎo)致各個器官和組織之間的冷凍有先有后，而冷凍的不均勻就會導(dǎo)致冰晶的產(chǎn)生。
此外，人體內(nèi)細(xì)胞太多，不可能被抗凍劑完全置換掉所有水分，這也會導(dǎo)致冰晶的產(chǎn)生，所以，以現(xiàn)有的技術(shù)來看，人體的超低溫冷凍不可避免的會造成一些細(xì)胞受損。此外，人體的解凍更是復(fù)雜，如果不能保證同步解凍，甚至?xí)l(fā)生生物組織的脫離——也就是一些細(xì)胞會脫落。在1957年對一些大型動物進(jìn)行了超低溫保存技術(shù)的實驗，實驗證明，雖然有些動物可以復(fù)蘇，但器官仍受到了嚴(yán)重的傷害，不久就一命嗚呼。
想象中的人體休眠技術(shù) | SpaceWorks
盡管我們目前還沒有完全掌握對大型動物和人的超低溫保存技術(shù)，但已經(jīng)有多家人體超低溫保存公司涌現(xiàn)，比較著名的有美國的Alcor和Cryonice Institute，以及俄羅斯的KrioRus。這幾家公司采用玻璃化保存技術(shù)——即先把血液完全抽干，再注入高濃度抗凍液，最后用液氮超低溫保存50年。此外，他們把大腦和心臟摘除，單獨冰凍保存。但至關(guān)重要的解凍技術(shù)依舊未能實現(xiàn)。
或許是受到了章北海的啟發(fā)，2015年5月，《三體》的編審杜虹女士因病去世，在臨終前她自愿選擇美國Alcor為自己做人體超低溫保存，這也是國內(nèi)首例采用超低溫保存人體的案例。
KrioRus使用的儲存罐 | KrioRus / Wikimedia Commons
從跨入休眠艙到蘇醒，章北海沉睡了兩百年，從初聞北美林蛙的奧妙到嘗試將同樣的技術(shù)應(yīng)用于自身，人類也摸索了兩百年。林海雪原中的小蛙，或許會成為人類走向星辰大海的關(guān)鍵，但夢想何時能照進(jìn)現(xiàn)實，恐怕還需要更多時間來見證。
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