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中国成功实现“冰封人脑”18个月!《三体》照进现实

2024年09月09日15:31 | 来源:人民网-科普中国
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在现实生活中,我们是否能先把自己“冰封”,再在未来“苏醒”呢?

古老线虫可以“穿越”

2018年,科学家们复活了在西伯利亚永久冻土中冻结了数万年的古老线虫,当时科学家们认为,其生命起始可以追溯到4.2万年前,而在2023年的最新工作中,科学家们通过精确的放射性碳检测技术发现,这些古老线虫至少在4.6万年前就已经在西伯利亚地区保持“死醒”状态,也叫作“假死”或“隐生现象”。

隐生状态下,生命的新陈代谢能力将会被降低到无法检测的水平,相当于给生命按下了暂停键。

常见的例子有:一种在蜜蜂腹部保存了2500万年~4000万年的芽孢杆菌孢子,以及在古湖泊中保存的一颗1000年~1500年前的莲花种子,它们都能继续发芽,重新开启被暂停的生命;水熊虫、轮虫和线虫等后生动物也能长期保持隐生状态,即使被冰冻了数十年乃至数万年,只要一解冻回到正常温度,它们就能复活,能吃能喝还能正常繁殖。再高等一些的动物,比如蛙、蛇、熊之类,都可以进行冬眠,它们保持低新陈代谢水平的持续时间基本只有一个冬天。有种生活在阿拉斯加地区的北美林蛙,每年冬眠将近8个月,在-4℃低温条件下冰冻2个月后依然能够解冻存活。

那么,人类能不能也像线虫一样冰冻几万年后再解冻“复活”呢?很遗憾,这个设想目前还是不现实的。

人类为什么不能“复活”?

如果你小时候调皮爱玩,把啤酒和可乐之类的碳酸饮料放进冰箱速冻层,那你应该知道,水变成冰后很容易把瓶子撑爆(友情提醒:危险动作,请勿操作)。

人体由细胞构成,在低温环境下,细胞内液因水结冰形成的冰晶会直接损害身体细胞,就像这些啤酒瓶被冰晶刺得支离破碎一样。同时,水分子慢慢排列成有序晶体结构,这个过程会排斥本已溶于水的钠盐、钾盐、钙盐等析出,高浓度的盐分会让细胞脱水损伤乃至死亡。

而上文提到的水熊虫则可以将身体蜷缩成桶状,并将身体的含水量降到仅3%,全脱水后成为一具新陈代谢几乎停止的“僵尸虫”,同时,它们用身体制造的海藻糖会取代身体中的水分,防止体液形成冰晶损害细胞。而阿拉斯加林蛙则通过体内尿素和葡萄糖改变体液浓度,有效降低体液冰点,这样一来,就可大大减少结冰水的含量,避免对细胞的伤害。

上文提到的海藻糖、尿素和葡萄糖这些防止冰晶出现进而损害细胞的物质,都可称为“冷冻保护剂”。因此人工冷冻的第一步通常是尽可能减少被冰冻生物的水分,并灌入已注入了甘油等复杂成分的冷冻保护剂,这样就能在生物苏醒后尽可能提高细胞的存活率。

能在自然冰冻中“复活”的脊椎动物不少,像青蛙、蛇、蝾螈、海龟等,都是冷血变温动物。人类作为恒温动物,无法像这些动物一样快速脱水,也无法自然地调节体内“冰冻保护剂”的浓度,人体体温下降就会出问题,因此做不到将新陈代谢能力降至最低。即便“冰冻-解冻”后的细胞存活率高达99%,但对于有将近860亿个神经元的人脑来说,也会有8.6亿个神经元死亡,这可能会影响大脑精密运作的正常功能。如果只把和意识相关的大脑保存下来,那么肉体是由碳基还是由机械构成的硅基其实都无所谓,“我”还是“我”,就跟三体里的云天明一样,即便肉体完全消失,只要大脑在,依然能思考。

大脑冻存技术发展到什么水平了?

冰冻的仓鼠大脑在出现60%结晶的情况下依然可以被唤醒。2015年,美国脑保护基金会资助的21世纪医学实验室对兔子进行了完整的醛稳定冷冻保存手术。

具体操作为:用戊二醛灌注活体兔的颈动脉固定兔脑,然后在几个小时内缓慢灌注浓度不断增加的乙二醇,最后在-135℃下冷冻。冰冻的大脑被重新加热解冻后,研究人员从大脑切片上观察发现,大脑的结构保存得非常好,突触也很清晰,神经细胞基本没有损伤。

可以“冰封”人脑吗?

2024年5月,我国复旦大学研究人员成功建立了一种使用甲基纤维素、乙二醇、二甲基亚砜和Y27632选择性抑制剂来冷冻保存各种脑类器官或人类脑组织的方法(MEDY),该方法不会破坏神经细胞结构或影响神经功能活动。

这种方法能够实现保护突触功能并抑制内质网介导的凋亡途径,从而大规模且可靠地储存多种神经类器官和活体脑组织。该方法能够实现“冰封”人脑18个月后安然取出,这已经是不小的进展了。

人体“冰冻-解冻”能否实现?

1967年4月,加州大学心理学教授詹姆斯·贝德福德教授因为晚期肾癌逝世,生前他就决定将遗体进行低温冷冻储藏,寄希望于未来医学发展。

他去世后,遗体被仓促地放入一个注入-196℃液氮的特制金属容器中,整个冷冻操作过程缺少成熟的技术保障和专业人员的支持。2024年6月,贝德福教授的遗体解冻后,科学家们发现他的大脑与身体损毁严重,生命已然不可能重启。五十多年冷冻仓里的等待,教授虽然没有成功“重生”,但却给科学家们带来了非常珍贵的解冻数据。

美国拥有两家最大的人体冷藏公司,一家是阿尔科生命延续基金会,另一家是美国的人体冷冻科研机构。

目前,全世界希望将自己死去的身体冰冻起来,以期穿越至未来“复活”的人已达数百个,但至今依然没有解冻成功的案例。绝大多数“冷冻人”生前便已是老年人,有些患有绝症和严重疾病,他们不理想的自身条件往往会进一步降低“解冻”的成功率。

基于“完美复活”这个愿望,对人体器官、优秀动植物种质资源的冷冻保存技术正在快速发展,或许未来的某一天,我们仅需保存和解冻大脑,再将其与机器结合,就能实现“复活”。这样不但对“冰冻-解冻”的技术要求会降低很多,同时又能摆脱身患重疾的碳基肉体。

假设人体保存技术能够成功应用,人人都有机会进入冰柜“休眠”,待“复苏”后迎接几万年后的未来。那么,谁会被保存延续、迎接未来?未来人会欢迎一个观念技能落伍的过去人吗?倘若看管“冰冻人”的公司破产,谁又来负责这些“冰冻人”的“生命安全”呢?

要想达成人体“冰冻-解冻”的复活愿望,人类在技术、伦理和法律方面都还有很远的路要走。

作者:中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心博士钱昱

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(责编:邢郑、杨鸿光)

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