

一只幼小的果蝇于2011年孵化,并在蛹化过程中被冷冻,其体内一半的水分在极寒温度下凝固。在休眠状态下度过几代后,这只小小的黑腹果蝇醒来,并被允许长大。有一天,它会想自己是否还能成功交配——但它是否应该将新的后代带入这个反乌托邦的未来呢?
结果发现,这只果蝇最终能够成功交配,并且它的后代是完全健康的幼虫。可惜的是,这只果蝇在实验室中死亡,以便科学家们能够确切地了解它是如何在这种冷冻保存中存活下来的。
弗拉基米尔·科什塔尔(Vladimír Koštál)和捷克共和国的研究人员进行了这项实验,他们表示,只要果蝇摄入了含有来自北极近亲的氨基酸的特殊冷冻前饮食,它们就可以在华氏23度(零下5摄氏度)的低温下存活。
冷冻耐受性被认为是动物体内一种非常复杂的过程——只有少数昆虫能够做到这一点,而大多数脊椎动物体内冰晶的积聚要么非常有害,要么致命。科什塔尔和他的同事们想了解帮助黑腹果蝇(现代生物学中最重要的模式生物之一)在冷冻温度下生存的复杂程度。实际上,只要它们在经历极寒之前摄入了抗冻剂的混合物,就相当容易。
一种名为Chymomyza costata的北极果蝇近亲,能够在液氮(-320华氏度)中存活——而在之前的研究中,科什塔尔等人发现它们通过在体内积累一种名为L-脯氨酸的氨基酸来做到这一点。在这项新的研究中,捷克研究人员给果蝇幼虫喂食了含有L-脯氨酸和另一种抗冻剂甘油的饮食,并降低了它们的温度。经过处理的幼虫在体内一半水分冻结后能够存活,这种情况发生在华氏23度(-5摄氏度)时。这些果蝇被冷冻了75分钟,然后缓慢升温。
研究人员说:“融化后,这些幼虫能够继续发育,化蛹为成虫,并产下可育的后代。”
其他研究人员一直在尝试使果蝇可冷冻,以更好地理解其对寒冷敏感性的基因。弄清楚生物体如何在寒冷环境中生存,可能有助于研究人员理解人类如何也能做到这一点——不一定是为了对我们进行低温保存,尽管那会很棒,而是为了让器官在冰上保存更长时间,以便进行移植。这项研究可能在这方面具有启示意义,但它也可能只是为研究果蝇的生物学家提供了一个方便的解决方案——它们的独特基因品系可以保存在深度冷冻中,而无需维持庞大而昂贵的活体果蝇基因库。
该论文发表在《美国国家科学院院刊》上。