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生物冷冻的奇迹：为什么有些生物可以在零下196°C生存？
在科学界，冷冻技术一直是探索生命延续的一个重要方向。生物冷冻，或称冷冻保存，旨在将细胞、组织或器官冷冻以延长其保存期限。这项技术使得在低温（通常为-80°C或使用液氮的-196°C）下，任何可能损害生物材料的细胞代谢都会被有效中止。
这一技术不仅在保存生物样本方面发挥了重要作用，还能在长距离运输生物样本中发挥巨大效用。对于细胞在冷冻过程中所承受的渗透压冲击和物理压力，研究人员往往会添加一些特殊的分子，称为冷冻保护剂（CPA），以降低这些风险。这些冷冻保护剂的灵感主要来自大自然中那些能抵御寒冷的生物，如树木、木蛙以及水熊。
“水熊等微生物透过用糖分替换大部分内部水份来抵御冷冻，这防止了结晶化的发生，而结晶化可能会对细胞膜造成损害。”
自然冷冻保存的例子
在自然界中，许多生物具有惊人的抗冻能力。以木蛙为例，它们能够在血液和其他组织中积累尿素，为过冬做准备。在面对内部冰晶的形成时，肝脏中的糖原也会大量转化为葡萄糖。这些物质皆能作为冷冻保护剂，限制冰的形成并减少细胞的渗透收缩。研究显示，蛙类能够在冬季经历多次冻结和融化事件，前提是其全身水分有65%不冻结。
冷冻保存的历史
关于冷冻保存的早期理论，詹姆斯·洛夫洛克在1953年提出，红血球在冷冻过程中受到的损害主要是由于渗透压的压力。他进行了一系列实验，证实了在缓慢冷却的情况下，某些动物（如仓鼠）能够承受60%的水分结冰。
随着冷冻技术的进步，1954年，人体材料的冷冻保存开始进入应用阶段，随后，1966年，首具人类遗体被冷冻保存。在1967年詹姆斯·贝德福德的遗体更是成为了历史上第一具被冷冻保存，并寄望于未来复活的尸体。
冷冻保存过程中的风险
在冷冻保存过程中，细胞可能遇到多种损害风险，包括溶液效应、细胞外冰晶形成、脱水和细胞内冰晶形成。这些影响虽然可以通过冷冻保护剂来减少，但是在冷冻后，保存的材料相对于进一步损害的保护效果就会增强。
“当细胞被冷冻时，如果冷却速度足够慢，能够让水充分离开细胞，从而避免致命的内部冰晶形成。”
冷冻保存风险的主要防范方法
防止冷冻损害的主要技术包括控制冷却速度和缓慢冷冻，以及一种称为玻璃化的新型技术。缓慢可编程冷冻技术已经被广泛应用在包括人类、动物以及细胞生物学等领域。
玻璃化过程能够迅速冷却样本，防止冰晶形成，从而减少冷冻过程中可能的损害。该技术自1980年代中期起便被引入，用于生殖冷冻保存，并且迄今为止已经成功应用于各项临床实践中。
冷冻保存对于生物科技的意义
随着科技的发展，冷冻保存的应用不仅限于生物样本的保存，还将延伸至基因治疗、干细胞研究等领域。冷冻保存技术为未来的生物学研究和临床应用打开了广阔的前景。
对于许多面对生存威胁的人们或生物而言，这种技术的进步意味着能够在未来找到新的生命可能性，这难道不值得我们深思吗？
