Ryby są w stanie przetrwać nie tylko w niskich, ale także ujemnych temperaturach. Używają naturalnego środka przeciw zamarzaniu, aby oszukać swój własny system fizjologiczny. Organizmy te polegają na glikoproteinach (białkach wiążących cukier), które zapobiegają przekształcaniu się płynów ustrojowych w stały lód. To biotechnologiczna sztuczka, którą ewolucja doskonaliła przez eony, a teraz badacze zastanawiają się, jak pożyczyć tę sztuczkę na własny użytek.
Mechanizm jest niezwykle elegancki. Glikoproteiny wiążą się z powierzchnią jąder maleńkich kryształków lodu. Nie niszczą lodu. Zamiast tego zatrzymują jego rozwój.
Bez tych białek mikroskopijne jądra spęczniałyby w gigantyczne, ostre kryształy. Duże kryształy są złe. Nakłuwają i niszczą komórki organizmu. Ograniczając wzrost, ryby utrzymują stan płynny. Tkaniny pozostają bezpieczne.
Ale nie tylko ryby są mistrzami ochrony termicznej. Jeśli spojrzysz na północ, przez lasy Ameryki Północnej, znajdziesz żaby drzewne. Ten mały płaz robi to, o czym wielu ludzi tylko marzy: może zamarznąć na śmierć, a później powrócić do życia.
Proces ten rozpoczyna się późną jesienią. Wątroba żaby pracuje na najwyższych obrotach i wytwarza duże ilości glukozy. Nie jest to wyłącznie cecha metaboliczna. Jest to strategiczne „zalanie” organizmu.
Pod koniec zimy poziom cukru we krwi żaby jest 250 razy wyższy niż zwykle latem. Cukier ten działa jako środek zapobiegający zamarzaniu, obniżając temperaturę zamarzania płynu wewnątrzkomórkowego. Woda na zewnątrz komórek zamarza, tworząc lodowatą zawiesinę i stężony syrop. Co się dzieje w środku? Komórki pozostają nieuszkodzone.
Rzeczywiście, żabę drzewną można zamrozić. Umieść go w zamrażarce. Przestaje się poruszać. Jej serce się zatrzymuje. Biologicznie jest martwa, w każdym praktycznym tego słowa znaczeniu.
Następnie rozmrozić.
Serce znów zaczyna bić. Krew znów krąży. Żaba odskakuje, jakby nic się nie stało. Jest to proces odwróconego liofilizacji, w którym w pełni wykorzystuje się właściwości chemiczne cukrów.
Naukowcy badają te naturalne środki przeciw zamarzaniu od dziesięcioleci. To zainteresowanie wykracza poza zwykłą akademicką ciekawość przetrwania. Chodzi o praktyczne zastosowanie.
Główny cel? Rolnictwo.
Wyobraź sobie wydłużenie sezonu wegetacyjnego zbóż. Lub możliwość uprawy owoców przez rolników w regionach, w których wcześniej było zbyt zimno dla opłacalnych upraw. Dostarczenie odpowiednich białek i cukrów może uchronić delikatne uprawy przed niespodziewanymi przymrozkami.
Konsekwencje nie ograniczają się do roślin odpornych na mróz. Ma również potencjał do konserwacji żywności i przeszczepiania narządów. We wszystkich obszarach, gdzie żywność może zostać uszkodzona przez zamrożenie.
Żaby drzewne nie interesują się naszymi problemami. Chcą po prostu przetrwać zimę. Ale ich cukrowa tarcza może pomóc nam przetrwać. Pozostaje pytanie, czy tę wydajność można odtworzyć na skalę przemysłową.
