Ακολουθεί ένα ερώτημα που αξίζει να ληφθεί κυριολεκτικά: τι προσπαθούμε πραγματικά να επιτύχουμε όταν διατηρούμε έναν άνθρωπο; Η απάντηση δεν είναινα τον κάνουμε κρύο. Το κρύο αποτελεί τη μέθοδο, ποτέ τον στόχο. Ο στόχος είναι να σταματήσει ο χρόνος για ένα σώμα, να αναστείλει η βιολογία τόσο πλήρως ώστε το χάσμα μεταξύ ενός έτους και δέκα χιλιάδων ετών να πάψει να έχει σημασία. Σχεδόν όλα τα υπόλοιπα, συμπεριλαμβανομένου και του περίεργα συγκεκριμένου αριθμού στον τίτλο, απορρέουν απευθείας από αυτήν την μοναδική απαίτηση.
Ωστόσο, το χρήσιμο ερώτημα δεν είναι γιατί τόσο κρύο. Είναι: πόσο κρύο πρέπει να γίνει προτού η χημεία σταματήσει; Αυτό το όριο αποτελεί τη θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης του διαλύματος κρυοπροστασίας, περίπου -130°C. Κάτω από αυτό, η μοριακή κίνηση αναστέλλεται και ο μεταβολισμός έχει σταματήσει ολοκληρωτικά, οπότε δεν υπάρχει πλέον χημεία που να μπορεί να συνεχιστεί. Το -196°C δεν αποτελεί αυτό το όριο. Πρόκειται για το σημείο βρασμού του υγρού αζώτου, το οποίο βρίσκεται αρκετά κάτω από τη γραμμή που έχει σημασία και παραμένει εκεί χωρίς βοήθεια.
Η φθορά είναι απλώς χημεία που δεν έχει ακόμη σταματήσει
Όταν λέμε ότι ένα σώμα φθείρεται, περιγράφουμε χημεία: ένζυμα που διασπούν μόρια, αντιδράσεις που πραγματοποιούνται, μικρόβια που κάνουν αυτό που κάνουν τα μικρόβια. Κάθε μία από αυτές τις διαδικασίες απαιτεί τα μόρια να κινούνται και να συγκρούονται. Επιβραδύνετε την κίνηση και επιβραδύνετε την χημεία. Επιβραδύνετε αρκετά ώστε, για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, να σταματήσετε το ρολόι.
Υπάρχει ένας χρήσιμος εμπειρικός κανόνας εδώ. Ως πρόχειρη προσέγγιση, η πτώση της θερμοκρασίας κατά περίπου 10°C μειώνει περίπου στο μισό τον ρυθμό μιας τυπικής αντίδρασης. Αυτό δεν ακούγεται δραματικό έως ότου συγκεντρώσετε αρκετές τέτοιες μειώσεις η μία πάνω στην άλλη. Η μετάβαση από τη θερμοκρασία του σώματος στη βαθιά ψύξη δεν επιβραδύνει τη φθορά κατά έναν παράγοντα δύο ή δέκα, αλλά κατά παράγοντες με πολλά μηδενικά μετά από αυτούς. Οαγώνας κατά της κυτταρικής φθοράςπου ξεκινά τη στιγμή που σταματά η καρδιά αποτελεί, στο τέλος, έναν αγώνα για να επιτευχθεί η θερμοκρασία αρκετά χαμηλή ώστε ο αγώνας αυτός να μην έχει πλέον σημασία.
Ο πάγος είναι ο κακός. Το γυαλί είναι ο ήρωας.
Θα μπορούσατε να υποθέσετε ότι η λύση είναι απλώς να παγώσετε κάποιον. Δεν είναι, και το νερό είναι ο λόγος. Το νερό, αυτή η πιο αξιόπιστη οικιακή ουσία, σας προδίδει την στιγμή που παγώνει: διαστέλλεται, και οι αναπτυσσόμενοι κρύσταλλοι πάγου διαμελίζουν τις κυτταρικές μεμβράνες και καταστρέφουν τις ευαίσθητες δομές. Οι κρύσταλλοι δεν αποτελούν το μοναδικό πρόβλημα. Καθώς ο καθαρός πάγος κρυσταλλώνεται, τα άλατα και άλλες διαλυμένες ουσίες συγκεντρώνονται στην μικρή ποσότητα υγρού που απομένει. Τα κύτταρα που βρίσκονται σε αυτήν τηαυξανόμενη συγκεντρωμένη λύση χάνουν νερό και καταστρέφονται ωσμωτικά. Κανένας κρύσταλλος δεν τα αγγίζει ποτέ. Το να παγώσετε έναν άνθρωπο όπως παγώνετε ένα μοσχάρι θα αποτελούσε έναν αποτελεσματικό τρόπο καταστροφής των ακριβώς πραγμάτων που προσπαθείτε να διατηρήσετε.
Ο τρόπος για να παρακάμψετε αυτό είναι ηvitrification. Το μεγαλύτερο μέρος του νερού του σώματος αντικαθίσταται μεκρυοπροστατευτικούς παράγοντες, ένα είδος ιατρικού αντιψυκτικού, και ο ιστός ψύχεται αρκετά γρήγορα ώστε να μην κρυσταλλωθεί ποτέ. Αντ' αυτού, μετατρέπεται σε μια γυάλινη κατάσταση: ένα στερεό χωρίς πάγο, χωρίς αιχμηρές άκρες κρυστάλλων, χωρίς τίποτα να διαστέλλεται και να σπάει.Vitrified tissueείναι παγωμένο με την καθημερινή έννοια του πολύ κρύου και στερεού, αλλά σαφώς δεν είναι παγωμένο με την καταστροφική έννοια του σχηματισμού κρυστάλλων. Αυτή η διάκριση αποτελεί το σύνολο του παιχνιδιού.
Ο αριθμός που πραγματικά έχει σημασία είναι περίπου -130°C
Ακολουθεί το μέρος που εκπλήσσει τους ανθρώπους: η θερμοκρασία που έχει πραγματικά σημασία δεν είναι καθόλου -196°C. Πρόκειται για τη θερμοκρασία μετάπτωσης του γυαλιού, περίπου στους -130°C, το σημείο κάτω από το οποίο η βιτροποιημένη κατάσταση στερεοποιείται απότομα. Πάνω από αυτό, η γυάλινη κατάσταση μπορεί να χαλαρώσει αργά. Ακόμη χειρότερα, μπορεί να αρχίσει να ανακρυσταλλώνεται. Η ανακρυστάλλωση είναι απλώς ο πάγος που εμφανίζεται αργά στην πορεία.
Επομένως, εάν η -130°C είναι το σημείο όπου η γυάλινη κατάσταση γίνεται σταθερή, γιατί να κατέβουμε μέχρι τους -196°C; Για τον ίδιο λόγο που δεν ρυθμίζετε τον καταψύκτη σας στους ακριβώς 0°C και αφήνετε τα πάντα στην τύχη: θέλετε περιθώριο ασφαλείας. Η αποθήκευση ιστών περισσότερο από 60 βαθμούς κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης του γυαλιού τους κρατάει βαθιά μέσα στη ζώνη ασφαλείας. Αυτό βρίσκεται πολύ μακριά από οποιαδήποτε θερμοκρασία όπου η γυάλινη κατάσταση θα μπορούσε να μαλακώσει ή ο πάγος να επανεμφανιστεί. Μετατρέπει τη σταθερότητα υπό την προϋπόθεση ότι δεν συμβεί τίποτα σε σταθερότητα με μεγάλο περιθώριο ασφαλείας έναντι πιθανών προβλημάτων, κάτι που είναι ο μόνος τύπος σταθερότητας που αξίζει να στηριχθεί κανείς για μια ζωή.
Γιατί ακριβώς -196; Η φύση μας προσφέρει έναν δωρεάν θερμοστάτη.
Η συγκεκριμένη τιμή -196°C δεν επιλέγεται από κάποια επιτροπή. Πρόκειται για τη θερμοκρασία στην οποία το υγρό άζωτο βράζει, και αυτό το γεγονός το καθιστά σχεδόν υπερβολικά βολικό.
Ένα βραστό υγρό διατηρεί τη θερμοκρασία του. Όσο υπάρχει υγρό άζωτο στο δοχείο, τα περιεχόμενα βρίσκονται στους -196°C, ούτε θερμότερα ούτε ψυχρότερα, ανεξάρτητα από το τι συμβαίνει στο δωμάτιο. Πρόκειται για έναν αυτορυθμιζόμενο θερμοστάτη χωρίς κινούμενα μέρη, χωρίς συμπιεστή και, κυρίως, χωρίς εξάρτηση από ηλεκτρικό ρεύμα. Οι ασθενείς και τα δείγματα βρίσκονται μέσα σε κενού τύπουdewars, ουσιαστικά πολύ σοβαρά θερμικά μπουκάλια, τα οποία επιβραδύνουν την εισροή θερμότητας σε αργό ρυθμό. Η μόνη συνήθης συντήρηση είναι η συμπλήρωση του αζώτου που εξατμίζεται αργά. Συγκρίνετε αυτό με έναν μηχανικό καταψύκτη, ο οποίος αποτυγχάνει μόλις διακοπεί το ρεύμα. Οι νόμοι της θερμοδυναμικής, σε αντίθεση με το τοπικό δίκτυο, δεν αρρωσταίνουν ποτέ.
Το άζωτο επίσης συμβαίνει να είναι φθηνό, άφθονο (είναι το μεγαλύτερο μέρος του αέρα που αναπνέετε αυτήν τη στιγμή), αδρανές και μη εύφλεκτο. Αν ξεκινούσατε να σχεδιάζετε από το μηδέν ένα ιδανικό ψυκτικό για μακροχρόνια αποθήκευση, θα δυσκολευόσασταν να βρείτε κάτι καλύτερο από αυτό που μπορούμε να αντλήσουμε απευθείας από την ατμόσφαιρα.
Το κόστος του τόσο ψυχρού περιβάλλοντος
Το υγρό άζωτο δεν έχει κινούμενα μέρη, και αυτή η ευκολία έχει ένα τίμημα. Μεταξύ της θερμοκρασίας μετάπτωσης του γυαλιού και των -196°C υπάρχουν άλλα εξήντα έξι βαθμοί ψύξης, και το βιτροποιημένο στερεό συστέλλεται καθ' όλη τη διάρκεια. Μέχρι εκείνη τη στιγμή γίνεται εύθραυστο, οπότε η συστολή δεν μπορεί να χαλαρώσει. Αυτό δημιουργεί μηχανική τάση, και πέρα από ένα όριο το υλικό απελευθερώνει την τάση μέσω ρωγμών.
Το φαινόμενο είναι αναπαραγώγιμο στο εργαστήριο. Οι ρωγμές σε βιτροποιημένα διαλύματα κρυοπροστατευτικών ακολουθούντη θερμική συστολή και τις θερμοκρασιακές κλίσεις που δημιουργεί η γρήγορη ψύξη σε ένα μεγάλο αντικείμενο. Διαλύματα με υψηλότερη θερμοκρασία μετάπτωσης του γυαλιού ραγίζουν λιγότερο, επειδή η ψύξη που απομένει μόλις το υλικό έχει στερεοποιηθεί είναι μικρότερη.
Ένα ολόκληρο σώμα αποτελεί την πιο δύσκολη περίπτωση. Η θραύση συνήθως ξεκινά κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης του γυαλιού. Αν η περιποίηση με κρυοπροστατευτικό δεν ήταν επιτυχής, μπορεί να ξεκινήσειόσο ζεστό όσο -90°C. Οι ρωγμές εκτείνονται από αυτές που μπορεί κανείς να δει μέχρι μικροσκοπικές αποχωρήσεις. Μια ρωγμή χωρίζει τον ιστό κατά μήκος ενός επιπέδου αντί να τον ανακατεύει, οπότε η δομή εκατέρωθεν επιβιώνει, αλλά κάθε ρωγμή αποτελεί ζημιά που η μελλοντική επισκευή θα πρέπει να διορθώσει.
Η τρέχουσα απάντηση είναι η υπομονή. Η όλη διαδικασία ψύξης διαρκεί σχεδόν μία εβδομάδα. Η κάθοδος μέσω της θερμοκρασίας μετάπτωσης του γυαλιού και κάτω από αυτήν είναι το πιο αργό μέρος, πραγματοποιούμενο περίπου έναν βαθμό ανά ώρα υπό τον έλεγχο υπολογιστή. Η βραδύτερη ψύξη σημαίνει μικρότερες κλίσεις, και οι μικρότερες κλίσεις σημαίνουν λιγότερη τάση.
Αποθήκευση ενδιάμεσης θερμοκρασίας
Η καλύτερη λύση είναι να σταματήσουμε την ψύξη νωρίτερα. Η Αποθήκευση Ενδιάμεσης Θερμοκρασίας διατηρεί τον ασθενή κοντά στους -140°C αντί των -196°C. Αυτό εξακολουθεί να είναι δέκα βαθμούς κάτω από τη μετάβαση στο γυαλί αντί για εξήντα έξι, οπότε η μοριακή κίνηση παραμένει παγωμένη και τίποτα δεν αποσυντίθεται, με πολύ λιγότερη συστολή για να επιβιώσει.
Η μηχανική είναι παθητική. Μια δεξαμενή υγρού αζώτου βρίσκεται στον πυθμένα του δοχείου κενού και ο ασθενής συγκρατείται στον ψυχρό ατμό πάνω από αυτό, με τον χώρο του ατμού να ρυθμίζεται στη στόχευση θερμοκρασία. Δεν υπάρχει συμπιεστής, ούτε εξάρτηση από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας, κάτι που αποτελεί τον ίδιο λόγο για τον οποίο το υγρό άζωτο εμπιστεύεται για αποθήκευση εκ των προτέρων.
Το πρώτο δοχείο κενού ITS μεγέθους ανθρώπου φτάνει στις εγκαταστάσεις European Biostasis Foundation στη Ελβετία τον Αύγουστο του 2026. Το πρώτο έργο είναι η μέτρηση της ποσότητας υγρού αζώτου που καταναλώνει στην πραγματικότητα, καθώς ο αριθμός αυτός καθορίζει το κόστος αποθήκευσης ενός ασθενούς για έναν αιώνα. Το ITS δεν προσφέρεται στα μέλη έως ότου γίνει γνωστό αυτό το κόστος.
Τι επιβιώνει πραγματικά εκεί κάτω
Στις εγκαταστάσεις -196°C, ο βιολογικός χρόνος ουσιαστικά σταματά. Η δραστηριότητα των ενζύμων σταματά, τα μικρόβια δεν μπορούν να αναπτυχθούν, και οι αυθόρμητες αντιδράσεις που διαφορετικά θα αποσυναρμολογούσαν τους ιστούς δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να προχωρήσουν. Η μοριακή αρχιτεκτονική του σώματος, και κυρίως του εγκεφάλου, παραμένει ακριβώς όπως ήταν.
Αυτή η τελευταία πτυχή είναι αυτή που έχει τη μεγαλύτερη σημασία. Το στοίχημα πίσω από τον όροβιοστάση είναι ότι αυτό που σας κάνειεσάς κωδικοποιείται στη φυσική δομή: τις συνδέσεις και τα πρότυπα μέσα στον εγκέφαλο, που αποτελούν το αντικείμενο τηςμνήμης, ταυτότητας και του εγκεφάλου. Διατηρήστε αυτή τη δομή σταθερή και διατηρείτε την πληροφορία, ακόμη και αν η τεχνολογία για να την διαβάσει εκ νέου και να αποκαταστήσει τη λειτουργία δεν υπάρχει ακόμη. Το κρύο δεν είναι μαγεία. Είναι ένα κουμπί παύσης, πιεσμένο τόσο σκληρά ώστε η πληροφορία να έχει χρόνο να περιμένει το μέλλον να προλάβει.
Κανένα από αυτά δεν απαιτεί ένα άψογο μηχάνημα ή μια αδιάλειπτη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Απαιτεί μια γυάλινη κατάσταση αντί για πάγο, και μια θερμοκρασία άνετα κάτω από τη μετάβαση στο γυαλί. Απαιτεί επίσης ένα βραστό υγρό που αυτορυθμίζεται στην ακριβή τιμή. Αυτή είναι η ήσυχη κομψότητα του -196°C: είναι η θερμοκρασία στην οποία ένα διατηρημένο άτομο μπορεί, κατά την πιο κυριολεκτική έννοια που έχουμε στη διάθεσή μας, να περιμένει.
TL;DR: Οι ασθενείς αποθηκεύονται κοντά στους -196°C επειδή το υγρό άζωτο παραμένει φυσικά κοντά σε αυτή τη θερμοκρασία. Οι μοριακές αντιδράσεις γίνονται εξαιρετικά αργές, και η αποθήκευση δεν εξαρτάται από συνεχόμενη ψύξη μέσω ηλεκτρικής ενέργειας.
Εξερευνήστε αυτό το πρακτικό εργαλείο
Χρησιμοποιήστε το διαδραστικό εργαλείο για να εξερευνήσετε το ερώτημα αυτού του άρθρου.
Φόρτωση του διαδραστικού εργαλείου...
Περαιτέρω ανάγνωση