Рыбы способны выживать не только при низких, но и при отрицательных температурах. Они используют природный антифриз, чтобы обмануть собственную физиологическую систему. Эти организмы полагаются на гликопротеины (белки, связывающие сахара), чтобы предотвратить превращение жидкостей тела в твердый лед. Это биотехнологический прием, отточенный эволюцией на протяжении эонов, и теперь исследователи выясняют, как позаимствовать этот трюк для собственных нужд.
Механизм удивительно изящен. Гликопротеины связываются с поверхностью ядер крошечных ледяных кристаллов. Они не разрушают лед. Вместо этого они останавливают его рост.
Без этих белков микроскопические ядра раздувались бы в гигантские острые кристаллы. Крупные кристаллы — это плохо. Они прокалывают и разрушают клетки организма. Ограничивая рост, рыбы сохраняют жидкое состояние. Ткани остаются в безопасности.
Но рыбы — не единственные мастера термозащиты. Если посмотреть на север, сквозь леса Северной Америки, вы найдете древесных лягушек. Эта небольшая амфибия делает то, о чем многие люди только мечтают: она может замерзать насмерть и позже оживать.
Этот процесс начинается поздней осенью. Печень лягушки переходит в режим повышенной нагрузки и производит большое количество глюкозы. Это не просто метаболическая особенность. Это стратегическая «затопление» организма.
К концу зимы уровень сахара в крови лягушки становится в 250 раз выше, чем в обычное летнее время. Этот сахар действует как антифриз, снижая точку замерзания внутриклеточной жидкости. Вода вне клеток замерзает, превращаясь в ледяную кашу и концентрированный сироп. А что происходит внутри? Клетки остаются неповрежденными.
Вы можете фактически заморозить древесную лягушку. Поместите ее в морозильник. Она перестает двигаться. Ее сердце останавливается. Биологически она мертва во всех практических смыслах этого слова.
Затем разморозьте ее.
Сердце снова начинает биться. Кровь снова циркулирует. Лягушка прыгает прочь, словно ничего не произошло. Это обратный процесс сублимационной сушки, который в полной мере использует химию сахаров.
Ученые изучают эти природные антифризы уже десятилетия. Этот интерес выходит за рамки простой академической любознательности по поводу выживания. Речь идет о практическом применении.
Основная цель? Сельское хозяйство.
Представьте себе продление сезона выращивания зерновых. Или возможность для фермеров выращивать фрукты в регионах, которые ранее были слишком холодными для жизнеспособных культур. Выделение правильных белков и сахаров может защитить нежные культуры от неожиданных заморозков.
Последствия не ограничиваются только морозоустойчивыми растениями. Это также имеет потенциал для сохранения продуктов питания и трансплантации органов. Во всех тех областях, где продукты могут быть повреждены замораживанием.
Древесные лягушки не заботятся о наших проблемах. Они просто хотят пережить зиму. Но их сахарный щит может помочь выжить нам. Остается большим вопросом, можно ли воспроизвести эту эффективность в промышленных масштабах.
