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中國成功實現“冰封人腦”18個月!《三體》照進現實

2024年09月09日15:31 | 來源:人民網-科普中國
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在現實生活中,我們是否能先把自己“冰封”,再在未來“蘇醒”呢?

古老線蟲可以“穿越”

2018年,科學家們復活了在西伯利亞永久凍土中凍結了數萬年的古老線蟲,當時科學家們認為,其生命起始可以追溯到4.2萬年前,而在2023年的最新工作中,科學家們通過精確的放射性碳檢測技術發現,這些古老線蟲至少在4.6萬年前就已經在西伯利亞地區保持“死醒”狀態,也叫作“假死”或“隱生現象”。

隱生狀態下,生命的新陳代謝能力將會被降低到無法檢測的水平,相當于給生命按下了暫停鍵。

常見的例子有:一種在蜜蜂腹部保存了2500萬年~4000萬年的芽孢桿菌孢子,以及在古湖泊中保存的一顆1000年~1500年前的蓮花種子,它們都能繼續發芽,重新開啟被暫停的生命;水熊蟲、輪蟲和線蟲等后生動物也能長期保持隱生狀態,即使被冰凍了數十年乃至數萬年,只要一解凍回到正常溫度,它們就能復活,能吃能喝還能正常繁殖。再高等一些的動物,比如蛙、蛇、熊之類,都可以進行冬眠,它們保持低新陳代謝水平的持續時間基本只有一個冬天。有種生活在阿拉斯加地區的北美林蛙,每年冬眠將近8個月,在-4℃低溫條件下冰凍2個月后依然能夠解凍存活。

那么,人類能不能也像線蟲一樣冰凍幾萬年后再解凍“復活”呢?很遺憾,這個設想目前還是不現實的。

人類為什么不能“復活”?

如果你小時候調皮愛玩,把啤酒和可樂之類的碳酸飲料放進冰箱速凍層,那你應該知道,水變成冰后很容易把瓶子撐爆(友情提醒:危險動作,請勿操作)。

人體由細胞構成,在低溫環境下,細胞內液因水結冰形成的冰晶會直接損害身體細胞,就像這些啤酒瓶被冰晶刺得支離破碎一樣。同時,水分子慢慢排列成有序晶體結構,這個過程會排斥本已溶于水的鈉鹽、鉀鹽、鈣鹽等析出,高濃度的鹽分會讓細胞脫水損傷乃至死亡。

而上文提到的水熊蟲則可以將身體蜷縮成桶狀,并將身體的含水量降到僅3%,全脫水后成為一具新陳代謝幾乎停止的“僵尸蟲”,同時,它們用身體制造的海藻糖會取代身體中的水分,防止體液形成冰晶損害細胞。而阿拉斯加林蛙則通過體內尿素和葡萄糖改變體液濃度,有效降低體液冰點,這樣一來,就可大大減少結冰水的含量,避免對細胞的傷害。

上文提到的海藻糖、尿素和葡萄糖這些防止冰晶出現進而損害細胞的物質,都可稱為“冷凍保護劑”。因此人工冷凍的第一步通常是盡可能減少被冰凍生物的水分,并灌入已注入了甘油等復雜成分的冷凍保護劑,這樣就能在生物蘇醒后盡可能提高細胞的存活率。

能在自然冰凍中“復活”的脊椎動物不少,像青蛙、蛇、蠑螈、海龜等,都是冷血變溫動物。人類作為恒溫動物,無法像這些動物一樣快速脫水,也無法自然地調節體內“冰凍保護劑”的濃度,人體體溫下降就會出問題,因此做不到將新陳代謝能力降至最低。即便“冰凍-解凍”后的細胞存活率高達99%,但對于有將近860億個神經元的人腦來說,也會有8.6億個神經元死亡,這可能會影響大腦精密運作的正常功能。如果只把和意識相關的大腦保存下來,那么肉體是由碳基還是由機械構成的硅基其實都無所謂,“我”還是“我”,就跟三體里的云天明一樣,即便肉體完全消失,只要大腦在,依然能思考。

大腦凍存技術發展到什么水平了?

冰凍的倉鼠大腦在出現60%結晶的情況下依然可以被喚醒。2015年,美國腦保護基金會資助的21世紀醫學實驗室對兔子進行了完整的醛穩定冷凍保存手術。

具體操作為:用戊二醛灌注活體兔的頸動脈固定兔腦,然后在幾個小時內緩慢灌注濃度不斷增加的乙二醇,最后在-135℃下冷凍。冰凍的大腦被重新加熱解凍后,研究人員從大腦切片上觀察發現,大腦的結構保存得非常好,突觸也很清晰,神經細胞基本沒有損傷。

可以“冰封”人腦嗎?

2024年5月,我國復旦大學研究人員成功建立了一種使用甲基纖維素、乙二醇、二甲基亞砜和Y27632選擇性抑制劑來冷凍保存各種腦類器官或人類腦組織的方法(MEDY),該方法不會破壞神經細胞結構或影響神經功能活動。

這種方法能夠實現保護突觸功能并抑制內質網介導的凋亡途徑,從而大規模且可靠地儲存多種神經類器官和活體腦組織。該方法能夠實現“冰封”人腦18個月后安然取出,這已經是不小的進展了。

人體“冰凍-解凍”能否實現?

1967年4月,加州大學心理學教授詹姆斯·貝德福德教授因為晚期腎癌逝世,生前他就決定將遺體進行低溫冷凍儲藏,寄希望于未來醫學發展。

他去世后,遺體被倉促地放入一個注入-196℃液氮的特制金屬容器中,整個冷凍操作過程缺少成熟的技術保障和專業人員的支持。2024年6月,貝德福教授的遺體解凍后,科學家們發現他的大腦與身體損毀嚴重,生命已然不可能重啟。五十多年冷凍倉里的等待,教授雖然沒有成功“重生”,但卻給科學家們帶來了非常珍貴的解凍數據。

美國擁有兩家最大的人體冷藏公司,一家是阿爾科生命延續基金會,另一家是美國的人體冷凍科研機構。

目前,全世界希望將自己死去的身體冰凍起來,以期穿越至未來“復活”的人已達數百個,但至今依然沒有解凍成功的案例。絕大多數“冷凍人”生前便已是老年人,有些患有絕癥和嚴重疾病,他們不理想的自身條件往往會進一步降低“解凍”的成功率。

基于“完美復活”這個愿望,對人體器官、優秀動植物種質資源的冷凍保存技術正在快速發展,或許未來的某一天,我們僅需保存和解凍大腦,再將其與機器結合,就能實現“復活”。這樣不但對“冰凍-解凍”的技術要求會降低很多,同時又能擺脫身患重疾的碳基肉體。

假設人體保存技術能夠成功應用,人人都有機會進入冰柜“休眠”,待“復蘇”后迎接幾萬年后的未來。那么,誰會被保存延續、迎接未來?未來人會歡迎一個觀念技能落伍的過去人嗎?倘若看管“冰凍人”的公司破產,誰又來負責這些“冰凍人”的“生命安全”呢?

要想達成人體“冰凍-解凍”的復活愿望,人類在技術、倫理和法律方面都還有很遠的路要走。

作者:中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心博士錢昱

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(責編:邢鄭、楊鴻光)

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