Hvorfor fryser fisk ikke ihjel i iskoldt vand?

I mikrogravitationsforsøgene på den internationale rumstation (ISS), forskere afslørede, at superafkølet vand indeholdende frostvæske glycoproteiner accelererer og svinger dets iskrystals væksthastighed. Dette tilsyneladende modstridende resultat kan føre til en bedre forståelse af den mystiske frostvæskeeffekt i levende organismer.

Fisk kan overleve selv i miljøer under nul, såsom under isflager. Forskere har hypotetiseret, at når glykoproteiner indeholdt i fiskeblod absorberes på overfladen af ​​iskrystaller, det dæmper væksten af ​​iskrystaller. Kontrol af funktionerne af disse glykoproteiner kræver præcise målinger af de normale væksthastigheder for krystaller over tid. Alligevel er det svært at gøre det på Jorden på grund af den naturlige konvektive strømning omkring den voksende krystal forårsaget af tyngdekraften.

Forskerne, ledet af Hokkaido University Professor Emeritus Yoshinori Furukawa, håbede på at bruge mikrogravitationsbetingelserne i rummet til nøjagtigt at måle de normale vækstrater for krystalflader, da der ikke forekommer konvektiv strømning i dette miljø.

For at udføre eksperimenterne på ISS, Hokkaido University's Institute of Low Temperature Science og JAXA udviklede i fællesskab Ice Crystal Cell 2, en enhed til måling af hastigheden af ​​iskrystalsvækst i rummet. Når den er installeret i det japanske eksperimentmodul KIBO, eksperimenter blev udført ved at styre enheden ved hjælp af signaler fra jorden.

Forskerne gennemførte 124 forsøg, hvoraf 22 blev anset for at have nøjagtigt målt iskrystalvæksthastigheder i underkølet vand indeholdende en glycoproteinforurening. Resultaterne viste, at iskrystallernes bundbasale flader voksede tre til fem gange hurtigere end i rent vand. Iskrystaller udviste også periodiske svingninger, efterhånden som de voksede. "Resultaterne var i modstrid med det, man havde forventet, da glykoproteinet faktisk letter væksten af ​​iskrystaller, frem for at begrænse det, "siger Ken Nagashima fra forskerholdet.

Hvad, derefter, forklarer glycoproteins frostvæskeeffekt? Forskerne opdagede den vanskelige proces, hvor flade krystalflader med høje vækstrater blev afkortet af ansigter med langsommere vækstrater, forårsager, at den polyhedrale krystal kun er omgivet af flade flader med de laveste vækstrater. Dette resulterede i en stærk bremse af væksten af ​​iskrystallerne.

"Vores resultater tyder på, at forebyggelse af frysning i levende organismer ikke udelukkende kan forklares med glycoproteins vækstdepressionseffekt. Med andre ord, den nye mekanisme, vi observerede, er afgørende for at forhindre levende organismer i at fryse, "siger Nagashima." Glykoproteinernes funktion i iskrystalvækst er tæt forbundet med, hvordan biopolymerer regulerer væksten af ​​forskellige uorganiske krystaller. En bedre forståelse af dette kan føre til oprettelse af nye materialer, " han tilføjede.