４−２．低温環境を生き抜く生物の話

                      			 　　　　　　　　筑波大学構造工学系
　　                                                        　　 石黒　　博

　自然界には、寒冷の厳しい環境を生き抜く種々の生物（越冬性の爬虫類、両生類、
昆虫、魚など）がおり、それらは、低温に対する独特の防御法（兵法）を身につけて
いる。その兵法は、体の凍結を完全に回避する場合（凍結回避）と、体の一部を積極
的に凍結させ過冷却を伴わない状態で耐え忍ぶ場合（耐凍性）に分類される。

　　　兵法�氈D完全な凍結回避：
　　　　a)体内の低分子量の水溶性溶質（塩、糖（グルコース、
　　　　トレハロースなど）、糖アルコール（グリセロール、ソ
　　　　ルビトールなど））を増加させ、束一的に、体液の平衡
　　　　凝固温度（融解温度）を環境温度より低下させる。
　　　　b)体液の平衡凝固温度にはほとんど影響を与えないが、
　　　　体液の凝固開始温度を非束一的に安定に低下させる特
　　　　殊なポリぺプチドや糖ペプチド（不凍タンパク質）を
　　　　体内で合成し、環境温度において体液の過冷却を安定
　　　　に維持する。
　　　兵法��．細胞外凍結と細胞の浸透圧脱水による細胞内凍
　　　　　　　結の回避：
　　　　細胞内凍結は、通常、致命的であるため、氷核生成化
　　　　物質の合成により体内の細胞外凍結を促進し、凍結濃
　　　　縮・細胞の浸透圧脱水により、環境温度における体液
　　　　の過冷却を回避すると共に、低分子量の水溶性溶質の
　　　　合成により細胞の浸透圧脱水による細胞の体積減少を
　　　　緩和する。

　例として、兵法��-b)は、極海や北温帯の海に生息する魚や越冬性の昆虫に見られ、
兵法��-a)と兵法��は、越冬性の爬虫類、両生類、昆虫に見られる。
　当該の耐凍性を有するカエルやカメでは、体液の凝固温度以下の寒冷にさらされる
と、体内で凍結が起こる。凍結は、体表から内部に向かって（外表に近い組織、器官
外、外表に近い器官、内部に位置する器官の順で）進行し、循環機能など停止する。
組織や器官の凍結形態は、氷核生成タンパク質の存在と細胞外の大きな体積のため
に、細胞外凍結であり、凍結の進行と共に細胞は浸透圧脱水する。これらは、致命的
損傷の原因とはならず、体全体の水の約60〜65%の凍結に耐えることができる。一
方、解凍は、凍結過程と比べると、体内でほぼ一様と見なせるが、内部の重要器官の
解凍が幾分早く、血液循環や酸素供給などが再開する。

　我々には、生体の組織、器官、さらには、個体全体をも凍結により保存できればと
いう願いがある。凍結保存の実現とその技術の発展のために、自然の寒冷を生き抜く
生物がお手本となるかもしれない。

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