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美國隊長冬眠的真相！超級士兵血清與真實世界的「酷寒戰士」
2016/05/25|
|標籤：解凍、出任務、冷凍、解凍、出任務、冷凍……
如果你是巴奇（又名酷寒戰士），你一定會覺得你被九頭蛇控制的這段時間人生非常無聊，沒有美國隊長的陪伴，過著工具人般的生活，出任務危機自付，結束便返回你的冬眠箱中。當你躺在裡面好不容易可以睡一覺的時候，你大概並不會想知道，對於正常（活）人而言，這是一件相當於自殺的事。
目前活人的冷凍、冬眠技術還只是空談，國際上仍禁止活人試驗，現在可以進行的情況是受試者已經由醫院認定死亡或瀕臨死亡的絕症方可冷凍，提供未來進行研究或治療。
是我們科學力不夠的問題嗎？或許在 70 年前，艾思金博士（超級士兵血清發明者）與九頭蛇的科學家們已經向一種青蛙學到了活人冷凍的奧秘。
同時我們也可以看出來，巴奇的冷凍艙比隊長的冰層舒適多了（圖片來源：Screen Rant）
萬能的超級士兵血清原作中，巴奇和美國隊長獲得能力的過程、背景故事和冷凍過程非常的不一樣，由於漫畫的設定比較天馬行空，在這裡我們以電影中的設定來作假想。隊長與巴奇兩者都經過改造，注射超級士兵血清，而獲得超人般的能力；前者因為飛機墜機被冷凍了 70 年，後者在這段時間內解凍、冷凍無數次為九頭蛇出任務。
如果這個血清正是讓隊長與巴奇能夠沒事般活過冷凍狀態的關鍵，那我們勢必要了解一下它的特性。從漫威的維基中我們可以查到超級士兵血清對人體的改變有這樣的敘述：可以舉起 850 磅的重物（差不多 385 公斤）、跑速時速 60 英里（時速 96 公里，難怪可以跑贏汽車）、可以快速分解乳酸、代謝是一般人的四倍、恢復力超群、不會被酒精毒藥影響……等，先別管這樣的運動、生理狀況下美國隊長一天要吃下幾個便當，可以發現裡面沒有對承受冷凍的能力提升，或是已經悄悄的藏在這些因子裡面。
活人從正常狀態進入冷凍狀態再解凍有幾個需要克服的困難
不能讓細胞內水分形成冰晶，破壞器官
解凍時需要正確的速度及溫度，要不然冰晶一樣會破壞細胞
進行冷凍前，先降低氧氣量，以迫使器官進入休眠
在這麼看來最簡單的解釋，就是隊長和巴奇的恢復能力足以與冬眠造成的負面效果打平；也有可能是在血清造成的更快生理反應下，他們的身體先行將器官進入休眠，並克服了體內水分結凍的危機。
不過既然說「克服」是個怎樣的「克服」方法呢？這裡的漫威宇宙中的科學家們極有可能已經知道效法自然界的一種青蛙了。
木蛙，無危，體長5~7公分，分布於北美東岸中部開始延伸到阿拉斯加（圖片來源：Animalspot.net）
美國隊長原傳：酷寒木蛙 The Winter Wood Frog在美國內陸，北至阿拉斯加，南至東岸中部，有種俗稱木蛙（Wood Frog, Lithobates sylvaticus）的樹蛙，具備了在冬天中，零下 18 ℃全身結凍長達 7 個月，並退冰後仍生龍活虎的能力。
這種青蛙是如何辦到的呢？
高中化學都有教過，當水中有了其他的溶質的時候，這些溶質會引響水結冰的冰點，使的原本應該結冰的溫度下降，水更不容易結冰，木蛙主要便是利用這點，讓自己的細胞、器官不被破壞。
當外界的溫度一下降，木蛙的皮膚表層一開始結冰，牠體內的基因便會啟動血液中的冰晶核蛋白（Nucleating Protein），這些核蛋白在血液中充當冰晶凝結的核心，使的血液中的水分比細胞內先產生結冰現象，這時由於細胞外的液體濃度增加（因為水都變冰），細胞內的水分被往外抽；同一時間，木蛙的肝會快速分泌兩種物質：由肝醣分解而成的葡萄糖、以及從蛋白質分解的尿素，這兩種物質進入血液，降低冰點，使的結冰速度變慢，減少對細胞的傷害，細胞內也在安全的情況下漸漸脫水，僅剩高濃度的葡萄糖，這時一切的準備都做好了，血液緩慢的結凍，細胞脫水但無損，心臟暫停跳動，木蛙進入了休眠。
冷凍的木蛙，聽說整隻都是硬的而且容易碎掉。（圖片來源:Nature North）
而當天氣一變暖和，冰溶解並流入細胞內，血液開始流動，使心臟也開始運作，青蛙便活過來了。有趣的是，這個循環可以短時間內重複進行，像阿拉斯加這種地方，木蛙會在一年中很早經歷低溫，這時整個機制便啟動；有時候當隔天溫度稍微回暖，冬眠解除，但殘餘的葡萄糖、尿素和運作的蛋白仍存在於血液中，如果短時間內又發生第二次溫度驟降，木蛙可以更快的進入狀況，之後再發生第三次、第四次……，木蛙便習慣了這種形式，可以更快的冬眠，並可以撐更久，由俄亥俄州，邁阿密大學科學家發現，在居住美國東部的木蛙和阿拉斯加的木蛙相比，腦內及全身的葡萄糖濃度的可變化量更小，冬眠準備速度也較慢，把兩個不同地區的青蛙放在同樣的低溫下，前者存活率較低，可見這個冬眠機制是可以進化的。
美國隊長是個意外？由此我們發現，人類要能夠像木蛙活過冷凍過程，有幾個必要的元素
冰晶核蛋白
尿素、葡萄糖等抗凍劑
運作整個機制的基因
而正常人類天生就是少了冰晶核蛋白，也不可能擁有木蛙的基因，所以科學上，美國隊長和酷寒戰士是做了什麼改變來應對冷凍的呢?
在這裡假設超級士兵血清除了有增強人體的激素外，其實是一個雞尾酒式的蛋白質大補帖，把外來可能會用到的蛋白質都加進去了，而冰晶核蛋白便是其中一個（研究人員:博士我們該加些什麼呢？ 艾斯金博士:恩……把這個加進去好了，德國很冷，他可能需要）；另一個可能是，原作中美國隊長除了注射血清外，也經過虛構的輻射線Vita-Ray的照射，來使血清真的有作用，而可能就是這個 Vita-Ray 使得他們體內基因或是植入的蛋白質發生變異，有辦法像木蛙般運作這個循環。
根據漫威維基，一定要有 Vita Ray 的照射，超級士兵血清才能發揮它的功用，而當初使用在美國隊長身上的 Vita Ray 機器在之後的衝突中被摧毀了，所以巴奇要怎麼辦呢？（圖片來源：Marvel Wiki）
這時可以也探討一下巴奇和美國隊長被冷凍方式的差異。隊長在二戰期間一次意外後就被冰封了 70 年，但他之前毫無被冷凍過的經驗；相反的，巴奇是被九頭蛇特別設計來達成「出任務完後即冷凍，之後再解凍」的人體兵器，而且由於實驗過程並沒有公開，我們可以合理假設巴奇本身已有被冷凍的機制存在，再加上邁阿密大學科學家的研究的作證，他重複被冷凍了很多次，身體應該是已經處於一個可以隨時進入高血糖、高血氮（尿素）的狀態來應對，對巴奇而言，冷凍過程比隊長安全多了。
所以美國隊長身為第一個超級士兵完成品，催生者已不再世上，無從給予說明或幫助的情況下，他還真是命大啊。
或許我們差一點就沒有美國隊長了，但至少我們還有鋼鐵人（圖片來源:Disney Wiki）
參考資料：
《Out of the Deep Freeze: Captain America, The Winter Soldier and the Wood Frog》。Scientific America（2014/04/08）
《Antifreeze-Like Blood Lets Frogs Freeze and Thaw With Winter’s Whims》。National Geographic News（2007/02/20）
《Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of the wood frog》。Journal of Experimental Biology （2013/08/21）
《變溫動物過冬》。科學月刊第二十三卷第八期