自然界真是无奇不有,比如水一般在摄氏零度就会结冰但海水就不一样,在南极,即使温度在零下一二度(-1~-2℃)也不会结冰。
一般的鱼一到0℃,就会变成冰冻鱼了,但是,有些怪鱼却有一些特异功能,即使有0℃以下的水中也能活蹦乱跳,它们有一种在一些极端条件下生存的本领。
早先,当人们还没有到达南极时,以为那里的海洋不会有什么活着的生物,估计那里的鱼呀,虾呀,在零度以下的
海水中是根本没法存活的。但事情并不像人们所想的那样。
1899年,一些极地探险家到南极地区考察,那里的海水温度低到零下一摄氏度(-1℃)也不结冰,但寒冷刺骨。令这些探险家更惊奇的是尽管海水如此冰凉,但这种海水中竟有100多种鱼类游来游去。奇怪,它们怎么没有变成冰冻鱼呢?还有一些南极鳞虾在冰凉的水中也活得挺潇洒。自从那以后,近100年之中,科学家们就在寻求为什么这些鱼能在这样冰冷的水中生活的答案,但一直解释不清。
由于这些鱼挺特别,科学家就把它们统称为南极鱼。在一段时间里,虽然没有研究出南极鱼为什么在一1℃的水中还冻不死的原因,但搞清了它们是古代冰河时间留下的幸存者:生来就耐冻。
后来,为了弄清南极鱼冻不死的原因,一些科学家就把这些鱼带回来研究。经过不断的解剖,用现代的显微镜和仪器进行观察和分析,终于逐渐弄清了它们抗冻的奥秘:一是发现这些南极鱼的浮力比生活在温暖海水中的鱼的浮力要大,这样,就能节省身体内的能源消耗;二是发现这些南极鱼体内能自行制造合成脂类和酒精并积蓄起来,这就像人在汽车中使用的防冻混合液一样,能起着防冻的作用。最重要的也是最有意义的发现是这些南极鱼体内有一种阻止水分子结冰的蛋白质。
科学家们利用X光分析技术查明,这种阻止水分子结冰的蛋白质,在放大后看很像一个个小弹簧。这些小弹簧似的蛋白质在南极鱼的血液和细胞中不断撞挤体内的水分子,使水分子无法结冰。
另外,南极鱼体内还有一种防止抗冻蛋白质随尿流失的过滤器官,这样就能节省体内的能源损失,增加抗冻能力。
揭开南极鱼抗冻的奥秘有很大的实际意义。因此许多科学家都在研究南极鱼。法国有一位叫达尼埃尔·舒布鲁特的生物科学家,曾是茹伊昂若萨全国农艺研究所鱼类基因实验室的主任,他领导的南极鱼研究小组的目的就是想把南极鱼体内的抗冻蛋白质基因分离出来然后将这种基因“注射”到原来不抗冻在冷水中一养就死的鲑鱼细胞中,使鲑鱼也有抗冻的本事。
你或许要问,为什么单单让鲑鱼“打抗冻针”呢?原来鲑鱼是一种很有经济价值、味道鲜美的鱼种,可是,这种鲜鱼不抗冻,只能在水温暖和的海洋区域生活。例如,在加拿大,人们为了吃到鲑鱼这种美味佳肴,就在海边搞了一些大型的鲑鱼饲养场,可是加拿大一到冬季,气温就很低,鲑鱼就大批被冻死。所以到了冬季,就得用飞机或船只把鲑鱼转移到温暖的海上饲养场或转移到可以控制水温的鱼池里。但这会花好多的运输费,很不合算。
因此,科学家试图让鲑鱼也有像南极鱼一样的抗冻本领方法是把南极鱼体内的防止水结冰的抗冻蛋白质基因分离后再移植到鲑鱼的细胞中,使鲑鱼获得抗严寒的能力。
这类研究,就是所谓的抗冻基因工程。研究生物抗冻不单对改进鱼类有用处。对改进植物也有益处。其实生物抗冻现象,是一种比较普遍的生物冷冻现象,这种现象在研究细菌和植物时也发现过。只是细菌的抗冻方式和南极鱼的抗冻方式不一样。比如,有些细菌能保持植物免遭低温的侵害,同时也保护细菌自身。其方式与南极鱼的抗冻方式相反,它是让水分子在更接近0℃时就变成冰。科学家发现,在一般情况下,像植物活细胞内的水只有在外界温度达到一5℃~-10℃时才结冰。而有些称为“冰源菌”的细菌能使细胞中的水在刚刚达到-2℃或-3℃时就开始结冰。这种结冰过程进展得比较缓慢,因而给脆弱的植物组织带来的损害也比较小,而且能保护植物不受更低的温度的侵害,它的作用就像在植物的外面罩上了一层防寒罩。
美国为防止草莓在春寒的气候中被冻死,就用冰源菌作过试验,结果很成功,由于冰源菌使草莓表面细胞中的水在刚达到-2℃左右就结了一层防寒冰壳,从而使整株植物免遭冻死。这层防寒壳就像北极地区的爱斯基摩人的防寒圆顶茅屋一样,起抵抗更严寒的低温的损害作用。或者说,像冬小麦上覆盖的雪一样,雪成为冬小麦的防寒服,免遭严重冻死。
因此,科学家们说,生物抗冻现象的发现和研究有极大现实意义,只要揭开其为何抗冻的道理,就能把它们应用到卫生、农业和农业食品等许多部门,为人类造福。比如,有些科学家已提出一种设想,将来可以把生物抗冻防寒罩形成的原理用来设计出一种防寒的纺织品或服装。粮食和各种美味佳肴的冷藏也可以作得更好,符合各种人的口味。
在医学方面,可以利用生物抗冻技术更有效地冷藏各种细胞组织供分析和研究。在冬季参加体育活动和在严重地区工作和生活的人可以使用含有抗冻蛋白的护肤香脂。在工业方面,可以利用生物抗冻技术制造出生物防冻液,使汽车等运输工具能在严寒的气候下顺利运行。
当然,这些设想目前还只是一种“纸上谈兵”,要把它们变成现实还需要进行大量研究,相信现在有志于科学发现和发明的小朋友,将来在这方面能做出贡献。