ในช่วงเวลาที่อากาศนั้นหนาวเหน็บ อุณหภูมิในเขตภูมิอากาศหนาวที่อยู่ห่างออกไปจากเส้นศูนย์สูตรอาจลดต่ำลงไปมากกว่า 0 องศาเซลเซียส แต่สิ่งมีชีวิตบางชนิดกลับยังสามารถอยู่รอดต่อไปได้ จากการปรับตัวบางอย่าง พวกมันทำอย่างไรเพื่อไม่ให้เลือดในร่างกายซึ่งเป็นของเหลวนั้นกลายเป็นน้ำแข็งไปตามอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมที่ลดต่ำลงเรื่อย ๆ

บ่อยครั้งที่เราเห็นภาพหมีจำศีลในโพรงหรือถ้ำจากการ์ตูน ซึ่งนั่นเป็นวิธีการเอาตัวรอดจากอากาศอันหนาวเหน็บของสัตว์เลือดอุ่นบางชนิด เรายังเห็นนก วาฬ หรือผีเสื้อ อพยพหนีอากาศหนาว ขณะที่สัตว์บางชนิด เช่น สุนัขจิ้งจอกแดง นกเค้าแมวหิมะยังคงเคลื่อนไหว เพื่อหาและสะสมอาหารต่อไป

สัตว์บางชนิดเอาตัวรอดด้วยวิธีการที่แตกต่างออกไป เช่น แมลงเต่าทองจะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มก้อนตามรอยแยกของเปลือกไม้ ส่วนจระเข้ซึ่งเป็นสัตว์เลือดเย็นจะใช้วิธีชะลอการเผาผลาญและพยายามทำให้จมูกนั้นอยู่เหนือผิวน้ำเพื่อที่มันจะสามารถหายใจได้แม้ว่าน้ำจะเป็นน้ำแข็ง แต่สำหรับปลาและกบบางชนิดมีวิธีที่พิเศษกว่านั้น พวกมันสามารถอาศัยอยู่ในอุณหภูมิติดลบราวกับถูกแช่แข็ง ตราบเมื่อน้ำแข็งละลายหมด พวกมันจึงจะฟื้นคืนชีพกลับมาอีกครั้ง

ความพิเศษที่ช่วยให้พวกมันมีชีวิตรอดมาได้แม้ถูกแช่แข็งคืออะไร

เป็นที่ทราบกันดีว่าหากนำน้ำไปแช่แข็ง น้ำจะขยายตัวและมีปริมาตรเพิ่มขึ้นเมื่อมันเปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง และการขยายตัวนี้อาจสร้างความเสียหายให้กับภาชนะได้ เช่น การนำน้ำอัดลมกระป๋องแช่ในช่องแข็งกระทั่งมันแข็งตัวและดันกระป๋องออกมา ซึ่งของเหลวในร่างกายก็เป็นเช่นเดียวกัน การที่ของเหลวในร่างกายแข็งตัวจากอากาศที่หนาวเย็น มันอาจจะทำลายเซลล์และเนื้อเยื่อ และเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตได้

ปลาและกบบางชนิดมีสารประกอบพิเศษบางอย่างในเลือด นั่นคือ ไครโอโพรเทกแทนต์ (Cryoprotectant) หรือบางครั้งเรียกว่า แอนติฟรีซ (Antifreeze) ซึ่งเป็นสารป้องกันการเกิดผลึกน้ำแข็งในร่างกายจากสภาพอากาศที่หนาวจัด เช่น กบไม้ (Wood Frog) ในอลาสก้าที่มีชีวิตอยู่ภายใต้อุณหภูมิติดลบได้เป็นเวลาหลายสัปดาห์ พวกมันรับมือกับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้โดยการสร้างสารไครโอโพรเทกแทนต์ขึ้นมา สารไครโอไพรเทกแทนต์ที่กบไม้สร้างขึ้นมา ก็คือ กลูโคสและยูเรีย สารเหล่านี้จะไปลดจุดเยือกแข็งของของเหลวภายในร่างกาย โดยมันจะสร้างพันธะที่แข็งแรงกับโมเลกุลของน้ำ ทำให้โมเลกุลของน้ำไม่สามารถสร้างพันธะกับโมเลกุลอื่น ๆ ของน้ำแล้วเปลี่ยนสถานะกลายเป็นน้ำแข็งได้

ไครโอโพรเทกแทนต์มีหลายชนิด เช่น กลีเซอรอล (Glycerol) ซึ่งมีสมบัติในการดูดจับน้ำได้ดี หรือไดเมทิล ซัลฟอกไซด์ (Dimethyl sulfoxide, DMSO) และสารประกอบนี้เองที่ทำให้เราอธิบายได้ว่า ทำไมเมื่อเราจับแมลงสาบไปแช่ในช่องแข็งแล้วนำออกมา แมลงสาบยังคงมีชีวิตรอดและเดินต่อไปได้อย่างสบาย ๆ

อย่างไรก็ตาม ไครโอโพรเทกแทนต์ไม่เพียงแต่มีประโยชน์ต่อสัตว์ในเขตภูมิอากาศหนาวเท่านั้น เพราะเรานำความรู้ที่ได้นี้มาใช้กับอาหารสด รวมถึงในเชิงของการแช่แข็งเพื่อเก็บรักษาและปลูกถ่ายอวัยวะในมนุษย์โดยไม่ทำให้อวัยวะต่าง ๆ เสียหายอีกด้วย

บทความที่เกี่ยวข้อง
- มนุษย์จำศีลได้หรือไม่
- ปลาเป็นสัตว์เลือดเย็นจริงหรือ
- แช่แข็งร่างกายด้วยไครโอนิกส์ (Cryonics) เพื่อรอวันคืนชีพ