同时细胞环境中物质浓度可能因液体水的减少而升高。
存在浓度差的情况下,细胞吸水过量会改变了细胞膜的通透性。这也就导致了离子进出细胞时受到阻碍。
最严重可能引发细胞死亡。
变温动物为了适应温度变化而具有更复杂的基因组。在基因正常表达下,它们的变温机制往往具有4~10个酶系统。以保证它们在不同温度下可以完成内环境中的化学反应。
木蛙也是这种效应的一个显著例子。
当温度变得寒冷,它体内的基因将启动血液中的冰晶核蛋白。
这种蛋白是木蛙忍耐冰冻的绝佳武器。它限制了冰晶只在细胞外形成。
而且细胞外多处形成一些小冰晶,避免形成大冰块损伤细胞。
除此之外,通过降低冰晶形成的速率,细胞渗透压变化也放缓了下来。当细胞外的水结冰,其浓度的升高使细胞内的液体外渗。
细胞在安全的情况下逐渐脱水,平稳进入休眠期。
等渗、低渗、高渗情况下红细胞的形态
当水中混合有其他溶质时,其凝固点会下降。因而水变得更不容易结冰。
木蛙的冷冻保护机制便是利用了这个原理。从而让自己的细胞、器官得到保护而免受破坏。
木蛙具有独家秘方的冷冻防护剂——葡萄糖和尿素。
其实这两种物质在其他生物体中也都是维持生命的基本物质。只是在木蛙最大限度地发挥了它们的功能。
它们除了提供能量,还掺杂进血液中以降低冰点。
这就使得体内结冰的速度变得缓慢,达到保护细胞膜完整性的目的。
在细胞脱水后,充足的葡萄糖和尿素已经准备好,血液缓慢结冻,心脏也暂停了跳动。于是木蛙就进入了不知限期的休眠状态。
维持生命最基础的物质是糖类。而肝脏是木蛙体内最大的糖原库,也就具有极其重要的使命。
在冷冻48小时内,肝脏将糖原分解为小分子的葡萄糖运输进血液。
而当休眠结束,残余的葡萄糖再转化为肝脏糖原。
因此,重任加身的肝脏也在进化中得以强化。阿拉斯加木蛙的肝脏重量占到总体重的22%。比起其他品种的木蛙大概多出两倍。
青蛙的内脏结构
而原本作为代谢产物排出体外的尿素,此时却成了秘密法宝。
经过尿素循环,尿素在肝脏中转换出来并进入血液完成抗冻防寒的艰巨任务。
于是即使在长达8个月的休眠期内,木蛙也把尿憋着,把它用在有更需要的地方。因此,按照人类的角度理解,木蛙可谓是重度“尿毒症患者”。
但实际上,木蛙异常强