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從青蛙到樹木：哪些生物啟發了我們的冷凍技術？
冷凍技術（Cryopreservation）是一項極具潛力的生物科學技術，能夠有效地保存細胞、組織或器官。它的基本原理在於將生物材料冷凍至極低的溫度（如−80 °C或−196 °C），從而有效停止細胞代謝，減少對生物材料的損壞。這一技術的潛力並不僅限於生物樣本的長距離運輸或長期保存，還包括創建樣本銀行的可能性。其中，啟發我們冷凍技術的一些生物，來自自然界的樹木、木蛙和緩步甲等。這些擁有獨特耐寒特性的生物，對冷凍技術的發展起到了重要的啟示作用。
冷凍技術的一個重要步驟是將稱為冷凍保護劑（CPAs）的分子添加到材料中，以減少細胞在冷凍過程中所經歷的滲透沖擊和物理壓力。
自然冷凍保存技術的典範
木蛙是令人驚嘆的生物之一，它能夠忍受血液和組織的凍結。它們通過在冬季來臨之前累積尿素，使其細胞在內部冰晶形成時，不至於受到損害。生物學家Kenneth B. Storey博士對於“冷凍蛙”的現象進行了深入研究，揭示了這一現象背後的生物學原理。
“木蛙能夠存活許多次冰凍/解凍事件，只要其全身水分凍結不超過約65%。”
此外，緩步甲也被譽為“水熊”，它們能夠通過用一種名為海藻糖（trehalose）的糖替代大部分內部水分來抵御凍結，從而防止冰晶的形成。這些生物所展現的特性不僅引發了科學家們的好奇，還為如何發展新的冷凍保護技術提供了潛在的解決方案。
冷凍技術的歷史演變
冷凍保存技術的研究可以追溯到20世紀50年代。最早的理論之一由James Lovelock提出，他認為冷凍對紅血球的損傷很大程度上來自滲透壓的影響。隨著研究的深入，冷凍卵子的技術也逐漸成熟，並開始延伸到人類材料的冷凍。1954年，來自冷凍蟲卵的三次受孕就證明了這一技術的可行性。
“1967年，詹姆斯·貝德福德成為了第一位希望重生的人類冷凍屍體，這一事件象徵著冷凍技術的一個新挑戰。”
儘管冷凍保存技術發展迅速，依然伴隨著諸多風險，如在冷凍過程中形成的冰晶可能對細胞造成損害。而許多現象如溶液效應、細胞脫水和細胞內部冰晶的形成，都使得這一技術在應用中面臨挑戰。
克服風險的主要方法
隨著冷凍技術的演進，科學家們發展出了一系列有效的方法來克服冷凍過程中的損害。其中，慢速可程式冷凍技術被廣泛應用，其過程涉及將細胞在數小時內徐徐冷卻至−196 °C。這不僅使得細胞能夠逐步排水，同時也減少了冰晶的形成對細胞膜造成的機械損傷。
“通過嚴格控制冷卻速度和使用合適的冷凍保護劑，許多生物樣本成功地維持了其功能和活力。”
另一方面，玻璃化（vitrification）技術的誕生，使得在冷凍過程中能有效地防止冰晶形成，這項技術由Greg Fahy和William F. Rall於20世紀80年代引入於生殖冷凍保存上，顯著提高了細胞和組織的存活率。
冷凍技術的多元應用
冷凍技術的應用範圍極為廣泛，從精子、胚胎到卵子，甚至是植物的組織，都可以通過冷凍保存。不僅如此，這一技術在助孕及生殖醫學上所扮演的角色也愈來愈重要，為人類生育帶來了更多的希望。
“例如，通過冷凍保存，已經有胚胎在27年後成功懷孕並自然出生的實例。”
冷凍技術同樣對於生物多樣性的保護、植物種子的保存等方面也有著顯著的貢獻。現今，全球許多綠色機構和科學家致力於如何更有效地保存生態資源，以應對氣候變化和人類活動帶來的威脅。
隨著科學技術的不斷進步，我們不禁要思考，未來冷凍技術是否能夠完全實現生物的復活，這將如何改變人類對生命本質的認知與對自然界的態度？
