
(图片来源:andro/stock.adobe.com)
阿拉斯加漫长而严寒的冬季,森林地面覆盖着冰雪,气温可以降到摄氏零下十几度。对大多数动物而言,这样的低温意味着生命必须寻找躲避之处,否则很难存活,但有一种生物却选择让自己的身体结冰。
当寒冬真正来临,林蛙会躲进土壤表层或落叶层下方,随着气温下降,体内部分水分开始结冰。到了最严寒的时候,它可能已经完全失去一般人认知的“生命迹象”,没有心跳,没有呼吸,没有血液循环,没有肌肉活动,甚至没有可以侦测到的脑部活动。然而,这不代表它已经死亡。
等到春季来临,冰开始融化,这只看似已经“死去”的蛙,竟然能重新恢复生命活动。这不是神话,也不是电影中的情节,而是林蛙最令人震撼的生存能力之一。
把自己冻起来
林蛙广泛分布于北美洲,从加拿大北方森林一路延伸到美国部分地区,进入北极圈以北。它们主要生活在森林地面,夏季会出现在潮湿林地、森林沼泽、泥炭地与沟壑等环境。
到了秋季,林蛙会离开夏季活动区,前往附近的高地过冬。它们的过冬位置通常在土壤表层的有机质层、落叶层之下,这个位置看起来并没有多么特别,却成了林蛙度过极端寒冬的重要庇护所。
林蛙并非只是让自己进入一般意义上的休眠,当温度持续下降,它们的体液可以开始结冰。对一般动物而言,体内水分结冰可能意味着细胞遭到破坏,因为冰晶会伤害细胞结构,但林蛙的身体却能承受这个过程。
它不是避免冰的出现,而是让身体在一定程度上“容许”冰存在,这也让它成为自然界极为特殊的低温生存者。
没有心跳了
林蛙的耐寒能力在阿拉斯加内陆特别令人震惊。研究显示,当林蛙被冻结时,可以没有任何可侦测的生命征象,心脏停止跳动,呼吸停止,血液循环停止,肌肉不再活动,连脑部活动也无法被侦测。
如果只根据这些现象判断,一只冰冻的林蛙几乎与死亡没有区别,但两者之间存在一个关键差异,它还有机会重新恢复。当外界温度回升,体内冰开始融化,林蛙可以逐渐恢复正常的生理活动。
这种现象之所以令人震撼,是因为它经历的不是单纯的“冷”,而是身体部分水分真的已经变成冰。
身体里最多可以七成水分结冰
林蛙能够承受的冰冻程度,远远超过一般人对“活着”的理解。资料显示,林蛙可以耐受体内65%至70%的水分结冻。这意味着它身体中的大量水分已经从液态变成固态,却仍能在之后的解冻过程中恢复。
最重要的关键之一,是葡萄糖。当寒冷来临,林蛙体内储存的肝糖会大量转化成葡萄糖。与此同时,尿素也会在组织中累积。葡萄糖与尿素可以充当冷冻保护剂,帮助限制冰形成造成的伤害,并减少细胞因水分结冰而产生的剧烈收缩。
可以把这个过程想像成一种极端的“生物防冻系统”,它不是把体内所有水分都维持在液态,而是利用自身的化学物质,让冰冻过程变得比较不致命。这也是为什么林蛙能够在冰冻与解冻之间反复经历生死边界,仍然有机会活下来。
阿拉斯加的林蛙
不同地区的林蛙耐寒能力不完全相同,生活在加拿大南部与美国中西部的林蛙,可以耐受大约摄氏零下3至6度的低温。阿拉斯加内陆的林蛙,面对的环境更加极端。
研究观察到,自然冬眠中的林蛙可以连续193±11天保持冰冻状态。换算成季节,大致就是从秋季一路维持到隔年春季。在这段时间里,它们的平均体温为摄氏零下6.3度,而记录中的平均最低体温约为摄氏零下14.6度。
它们可能在长达半年左右的时间里,让自己的身体处于冰冻状态。最令人难以想像的是,这段时间里,它没有正常的心跳与呼吸。
为什么细胞没有在结冰时全部坏掉?
冰冻最大的危险是冰晶。水结冰时会形成冰晶,如果冰晶直接在细胞内大量形成,就可能破坏细胞结构。除此之外,当大量水分变成冰,细胞周围的环境也会发生剧烈变化,细胞可能因水分流失而萎缩。同时,血液循环与氧气供应停止,又会带来缺血与缺氧问题。
林蛙在冰冻状态下同时面对多重危机,冰晶可能破坏细胞;水分结冰造成严重脱水;血液循环停止;氧气供应中断;细胞体积与内外环境发生巨大变化。然而,它的身体能利用葡萄糖与尿素等物质,降低这些过程造成的伤害。
其中葡萄糖最为重要。当寒冷来袭,林蛙会把大量能量储备转换成葡萄糖,使其在组织中累积。这些葡萄糖不只是能量来源,也能在冰冻状态下扮演冷冻保护剂的角色。因此,林蛙的冬眠不是单纯“睡着”,更接近一种极端的低温生理状态。
解冻之后又活过来
其实不是林蛙会结冰,它能够从结冰状态重新回来。想像一只林蛙躺在森林落叶下,寒气逐渐深入身体,体内水分开始结冰。心脏停止,呼吸停止,血液不再循环,肌肉停止活动,脑部也没有可以侦测的活动。
在这个状态下,林蛙看起来与死亡无异。当春天到来以后,温度逐渐升高,冰开始融化,林蛙的身体也会重新启动。心跳恢复,血液重新流动,呼吸恢复,肌肉开始活动,它再次成为一只可以行动的活体。
林蛙的耐寒能力还有另一个超乎想像的地方,只要体内总水分的结冻比例不超过65%至70%,它们可以在一个冬季中经历多次冻结与解冻。这代表寒冷并不是一次性的考验,天气变化可能让林蛙反复进入冰冻状态,再随着温度升高而部分解冻,之后又重新结冰,它的身体必须一次又一次承受这种巨大变化。
冰形成,水分重新分配,循环停止,温度回升,冰融化,生理活动重新开始。这个过程可能反复发生,对一般生命体而言,这几乎像是一场无法承受的生理灾难,而对林蛙而言,却是漫长冬季的一部分。
第一件重要的事
林蛙通常是最早在雪融化后出现并开始繁殖的两栖动物之一。当冬季结束,附近的季节性水池开始出现水,林蛙会从过冬地移动到繁殖池。这些水池与永久性的湖泊、池塘不同,它们会随季节出现与消失。雄蛙会在水池中发出类似鸭子嘎嘎声的叫声,吸引雌蛙。
林蛙的繁殖速度非常快,许多族群会在短短一个星期内完成主要繁殖活动。这也形成一个很有意思的对照,秋天,它们躲进落叶与土壤下,等待寒冷把自己冰封;春天,冰雪刚开始消退,它们却迅速回到季节性水池繁殖。
好像有一个冬季被冻结的生命,在春天到来的瞬间重新接上了时间。