В резком увеличении концентрации сахара тоже есть свой смысл. Кристаллы льда состоят из чистой воды, однако температура, при которой они начинают формироваться, зависит от того, какие еще примеси есть в жидкости, из воды которой они образуются. Все, что растворяется в воде, отражается на ее способности формировать шестиугольную решетку кристаллов льда. Например, обычная морская вода с большим содержанием соли замерзает при температуре где-то минус три градуса Цельсия, а вовсе не при привычном нам нуле. Теперь вспомните про водку, которую некоторые любят хранить в морозилке. Обычно спирт занимает 40 % объема жидкости в бутылке, и он прекрасно справляется с задачей не давать воде замерзнуть – водка начинает превращаться в лед только после того, как ее охладить где-то до –30°С.
Чаще всего вода не замерзает ровно при нуле даже в природе, потому что в ней всегда присутствуют различные минералы и другие примеси, понижающие температуру замерзания.
Как и спирт, сахар является природным антифризом. Чем больше содержание сахара в жидкости, тем ниже опускается ее точка замерзания.
Любопытный факт. Про роль сахара в замораживании жидкости как никому известно химикам-технологам в 7-Eleven[6], которым была поставлена задача разработать напиток «Слерпи»[7] без сахара. В обычном «Слерпи» именно сахар не давал напитку полностью замерзать, поэтому все попытки приготовить «Слерпи» без сахара заканчивались изготовлением кубиков льда. Согласно пресс-релизу компании, у них ушло двадцать лет исследований и разработок, чтобы наконец создать диетический вариант напитка за счет сочетания искусственных подсластителей и неперевариваемого многоатомного спирта.
Получается, что когда виноград избавляется от воды при первом морозе, он тем самым защищает себя сразу двумя способами: во-первых, за счет снижения объема воды, а во-вторых – за счет повышения концентрации сахара в оставшейся воде, что и позволяет винограду выдержать низкую температуру и не замерзнуть.
Избавление от воды, чтобы справиться с холодом? Очень похоже на холодный диурез – мочеиспускание, когда становится холодно, верно? А что насчет повышенного уровня сахара? Что ж, полагаю, вы уже поняли, к чему такие сравнения, но перед тем, как вернуться к диабету, давайте сделаем еще одну небольшую остановку в царстве животных.
* * *Многие животные прекрасно себя чувствуют на холоде. Некоторые земноводные, такие как лягушка-бык, проводят зиму в холодной, но не замерзающей воде на дне озер и рек. Гигантская антарктическая треска спокойно плавает себе под льдами Антарктики; ее кровь содержит специальный белок, который присоединяется к кристалликам льда и не дает им расти. На поверхности Антарктики волосатая гусеница в течение четырнадцати лет живет при температуре до –50 °С, чтобы потом превратиться в мотылька и улететь, скрывшись в лучах заходящего солнца, на несколько коротких недель.
Однако ни одно животное на свете не сравнится в своей способности адаптироваться к холоду с вытворяющей чудеса крохотной древесной лягушкой.
Древесная лягушка, Rana sylvatica [32], это маленькое существо размером где-то в пять сантиметров, с темной маской, как у Зорро, скрывающей ее морду, живущее по всей Северной Америке, начиная от северной Джорджиии вплоть до Аляски, в том числе за Полярным кругом. Ранней весной по ночам можно услышать ее брачный зов, напоминающий кряканье утят. Но пока не закончится зима, древесную лягушку вы не услышите. Подобно некоторым другим животным, древесная лягушка проводит зиму без сознания. Однако, в отличие от впадающих в глубокую спячку млекопитающих, остающихся в тепле и питающихся за счет толстого слоя жира, древесная лягушка полностью отдается на волю холода. Она зарывается на несколько сантиметров в ветки и листья, а затем выделывает фокус, который – назло надеждам Теда Уильямса и всем тщетным пока что усилиям компании «Алькор» – достоин пера фантаста.
Внимание! Она полностью замерзает!
Если бы вы отправились в поход зимой и случайно поддели ногой одну из этих замороженных лягушек, то однозначно решили бы, что она умерла. В замороженном состоянии у древесной лягушки прекращается всяческая жизнедеятельность – она не дышит, сердце ее не бьется, и невозможно заметить никакой мозговой деятельности. Ее глаза открыты, неподвижны и пугающе белые.
Но если разбить палатку и подождать до весны, то в конечном счете вы обнаружите, что у старушки Rana sylvatica есть в рукаве пара козырей. Всего через несколько минут после повышения температуры лягушка волшебным образом оттает, ее сердце вновь начнет биться, и она будет жадно глотать воздух. Она моргнет несколько раз, и ее глаза приобретут прежний оттенок, она вытянет свои лапы и устроится в сидячем положении. Пройдет еще немного времени, и она запрыгает, как новенькая, присоединившись к хору других размороженных лягушек, разыскивающих партнера для спаривания.
* * *Никто не знает древесных лягушек лучше, чем великолепный и неугомонный Ким Стори, канадский биохимик из Оттавы, который вместе со своей женой Жанет изучает их еще с начала восьмидесятых годов прошлого века. Стори занимался изучением способных переживать отрицательные температуры насекомых, пока один из коллег не рассказал ему про удивительную способность древесной лягушки. Его коллега собирал лягушек для исследования и случайно оставил их на ночь в багажнике своей машины. Ночью неожиданно начались заморозки, и поутру он обнаружил пакет с замерзшими лягушками. Каково же было его удивление, когда позже в тот же день лягушки оттаяли и начали прыгать по его лаборатории!
Стори был не на шутку заинтригован. Он интересовался криоконсервацией – замораживанием живых тканей с целью их сохранения.
Несмотря на дурную репутацию, полученную из-за ассоциации с дорогостоящими попытками заморозить эксцентричных богачей для их оживления в будущем, криоконсервация является важнейшей областью медицинских исследований, способной принести огромную пользу для общества.
Криоконсервация уже устроила революцию в репродуктивной медицине, предоставив людям возможность хранить в замороженном виде яйцеклетки и сперму.
Следующий шаг – продление периода жизнеспособности крупных внутренних органов человека, предназначенных для трансплантации, – стал бы серьезным прорывом в медицине, который бы спас тысячи человеческих жизней. На сегодняшний день человеческая почка может находиться вне человеческого тела не более двух дней, в то время как сердце способно продержаться всего считаные часы. В связи с этим трансплантация внутренних органов всегда превращается в гонку со временем – нужно как можно быстрее подобрать идеального донора и доставить орган для пересадки, пациента и хирурга-трансплантолога в одну операционную. Каждый день в США погибает дюжина людей из-за того, что не удалось вовремя найти подходящий орган для пересадки. Если бы мы научились эффективно замораживать и хранить донорские органы для их оживления и трансплантации в будущем, количество успешных операций по пересадке внутренних органов определенно стало бы постепенно увеличиваться.
На сегодняшний день это пока еще неосуществимо.
Мы умеем понижать температуру живой
