每當提到生活在極地的動物時，也許每一個人腦海中都會立刻聯想起那些渾身被厚厚的皮毛所覆蓋的動物，比如北極熊、北極狐、企鵝和雪兔,等等。然而，當告訴你蛙類也能夠在極地生活時，你不免會感到詫異，像這種全身皮膚裸露且體溫隨著外界變化的小動物是怎麼適應嚴寒的極地生活的，這嚴重與我們所理解的常理不符。
但是，現實就是這樣。我們今天的主角——美洲林蛙（Rana sylvatica）就是一種可以在北極圈內生活的蛙類。嚴格地說，美洲林蛙廣泛地分布在北美大陸上，從亞熱帶的美國喬治亞州到嚴寒的阿拉斯加，都可以見到它們的倩影。生活在極地的美洲林蛙只是它們中的一小部分，然而就是這一小部分林蛙上演了屬於兩棲動物的抗寒奇蹟。
事實上，動物界一直是奇蹟發生之地，很多深海魚類、昆蟲、甚至蜥蜴都具有「令人髮指」的抗寒能力。然而基於兩棲動物的生理特徵，美洲林蛙的抗寒能力更令人驚異，並驅使科學家們去探索它們的奧秘。
極地林蛙的抗寒主要表現在三個方面：首先，在極度嚴寒的時候，林蛙體內三分之二的體液處於冰凍狀態，它們仍然能活下來；其次，更難以置信的是，在冬眠的時候，林蛙的呼吸和心臟甚至處於停止的狀態，這種狀態意味著它們體內的代謝同樣被停滯，而這種停滯甚至能夠持續數天至數周；最後，在北極圈漫長的冬季中，林蛙要面臨這樣多次的停滯/活躍的轉變。
同質園實驗（common garden experiment）是進化生理學家常用的一種實驗方法，目的是把不同個體放到同樣環境中，以排除環境因素對實驗的影響。科學家們把分別來自阿拉斯加和俄亥俄的美洲林蛙放到一起進行關於耐寒的同質園實驗，結果發現幾乎所有個體都有抗寒的能力，但阿拉斯加林蛙的耐寒能力顯然更強。俄亥俄林蛙能夠忍受零下4攝氏度的低溫，而阿拉斯加林蛙則能夠忍受最低零下16攝氏度的低溫。這個結果暗示，美洲林蛙自身的個體可塑性（self-plasticity）和進化適應（adaptation）都對它們的抗寒力有所貢獻。
進一步對美洲林蛙進行生理檢測，科學家發現極地林蛙體內的一些物質的積累，可能有助於抗寒，這其中包括了血糖、尿素和一種未知的溶質。對大多數動物來說，長期處於零下嚴寒的溫度下，由於組織液結冰的緣故，會使得細胞逐漸收縮脫水，最終導致細胞死亡。而對於極地林蛙，由於血糖和尿素等溶質濃度的升高，會降低體內組織液的凝固點，限制了體內組織液結冰的數量，最終達到保護的目的。此外，一種未知溶質被發現在極地林蛙中含量增加，這種物質可能也與抗寒能力相關，儘管它的性質還沒有被鑑定，但已經被作為了將來的研究方向。
這就是能夠在北極圈內的嚴寒中生活的美洲林蛙，對它們的研究除了能夠為科學殿堂的積累添磚加瓦而外，也可能會為人類社會的進步做貢獻。普遍的一個看法是，這種抗寒的機制能夠用於將來人類移植器官的保存當中。那麼，你的看法是什麼呢？
作者：PSG
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圖片均來自Costanzo et al. (2013) (參考資料1)
參考資料：
1. Costanzo et al. 2013. Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of th wood frog. The Journal of Experimental biology 216, 3461-3473.
2. Wood frog: http://en.wikipedia.org/wiki/Wood_frog#Geographic_range
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