研究称昆虫体内的防冻剂胜过毛皮大衣
时间:2017-12-08

  科学与发展网络(SciDev.Net) - 研究显示,昆虫中的防冻剂优于皮毛

  昆虫在进化过程中形成了多种抗冰物质。这种阿拉斯加甲虫可以在温度低至70℃的环境中生存

  据“纽约时报”报道,当年最冷的季节到来时,居住在高纬度的人们都坐在舒适的房子里。我们可能会同情忍受外面寒冷天气的鸟类和松鼠,因此会喂食一些食物。但我们很少想到较小的,不那么令人愉快的动物,例如夏季生活在后院或树林里的昆虫和蜘蛛。

  春天来临时,他们会重新出现,所以他们必须经受寒冷的考验。这些动物,既不是毛皮也不是羽毛,在寒冷的天气中如何生存?

  寒冷天气对生命的真正威胁不是寒冷,而是寒冷。由于身体和细胞主要由水组成,因此结冰可能是致命的,因为结冰可以破坏细胞内和细胞外液体的平衡,导致细胞萎缩并对组织造成不可逆转的损伤。

  帝王蝶,又名帝王蝶,是北美大陆上常见的蝴蝶。它是地球上唯一的迁徙蝴蝶。

  因此,昆虫进化采取了各种方法来避免结冰。一个策略就是彻底摆脱冬天。蝴蝶中的君主蝴蝶迁徙到南方越冬。这是一个很好的解决方案,但它也是一个相对难得的能力。大多数昆虫在冬季都停留在栖息地,因此必须采取其他方法避免结冰。其中有些藏身于积雪或低于霜线的洞穴中,一些昆虫幼虫藏在湖泊和池塘底部,不能完全冻结。

  但许多昆虫和其他动物,直接处理零度以下的温度,通过在体内产生抗冻生物化学性质来保护自己。

  几十年前。现在和伊利诺斯大学的Arthur DeVries及其同事首次在南极鱼类血浆中发现了动物防冻剂。南极周围的海水很冷,大约零下1.7摄氏度,因为海水的盐度保持在淡水冰点以下几度。然而,漂浮在海水中的大量冰粒对于那里的鱼是危险的。如果这些冰晶粒被鱼吞噬,它们会在肠内形成冰晶,然后猛击,在海面上会出现许多冻鱼。为了防止这种情况的发生,除非鱼体内有什么东西阻止冰晶的膨胀。

  此时鱼抗冻蛋白在工作。在防冻液的组织和血液中发现了约120种属于Notothenioidei家族的鱼类。他们的防冻剂是一种蛋白质,具有不寻常的重复结构,可以结合冰晶。这样,冰晶可以膨胀的最低温度可以降低到大约零下2.2°C,这只比南极海域的最低温度略低,但比冰点的冰点低2​​°C普通鱼的血浆,不含防冻剂。这种保护的小差距已经产生了深远的影响,目前在南极水域的防冻鱼占主导地位。

  雪蚤实际上不是跳蚤而是一种湖泊,它可以在零下7度的环境中。

  有些动物,如雪蚤,即使在冬季也是活跃的。当气温下降到零下7摄氏度时,仍然可以发现跳雪的跳蚤。这些错误实际上不是真正的跳蚤。它们是一种无翅的昆虫,可以通过尾巴跳远。加拿大皇后大学的Lauree Graham和Peter Davies将防冻蛋白与雪蚤分离,发现它们也具有简单的重复结构,与冰晶结合以防止冰晶膨胀。

  雪蚤的抗冻蛋白与其他红色甲虫等其他昆虫分离的抗冻蛋白完全不同,后者的抗冻蛋白与云杉幼虫的抗冻蛋白不同。而且,所有这些昆虫都有不同于使南极鱼活着的防冻剂的防冻剂。每只动物的防冻剂都是进化过程的孤立发展。

  但是,昆虫创新并不局限于防冻剂。生物学家已经发现了另一种应对极端寒冷天气的策略:一些昆虫忍受着冻结。就像美国阿拉斯加州内陆最北部的气候一样,冬季气温可能下降到零下50摄氏度,直到5月份,气温仍然低于零度时,才会继续积雪。大部分昆虫在这个极端的天气里都冻结了。例如,阿拉斯加的乌be龟会在-7℃冻结。然而,值得注意的是,它可以在零下70℃的环境中存活下来。

  昆虫能够忍受冻结的关键是它们将冻结(和融化)通常造成的损害降到最低。他们在进化过程中演化出各种抗冰物质。随着冬季的到来,许多抗冻昆虫会产生高浓度的甘油和其他种类的乙醇分子。这些物质不会停止结冰,但可以减慢结冰的速度,使细胞周围的液体以更受控制的方式冷冻,而不会冻结细胞的内含物。

  为了最大限度地保护北极,一些生活在北极的昆虫使用防冻剂和防冻剂来控制冰晶的形成,从而保护细胞,并在融化过程中防止结冰。事实上,Notre-Up大学和阿拉斯加Faybank大学的研究小组最近在Upis甲虫中发现了一种新的防冻剂。与其他甲虫的抗冻蛋白,雪蚤和飞蛾不同,这种抗冻剂是一种叫做xylomannan的多糖,与抑制冰晶膨胀的最活跃的昆虫抗冻蛋白一样好。

  避免身体结冰的需求在进化过程中产生了许多新的东西。防冻剂的新发现增加了使用更多化学物质来研究昆虫如何应对极端寒冷天气的可能性。这不仅是关于北极昆虫学的一个深刻的问题,而且具有现实意义。长期以来,人体器官保存的难题之一正是这些昆虫解决的问题:如何让组织长时间冷冻,然后解冻成功。一些研究小组正在探索如何将从动物界获得的灵感应用于医学手术。

  “纽约时报”报道原创(英文)

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