Kloden var varm og fugtig. Havet vrimlede af liv. Tidlige blæksprutter, ålelignende fisk og havorme svømmede rundt på jagt efter smådyr. På landjorden derimod, stod alt stille. Dyrene var endnu ikke kravlet i land.

Sådan så Jorden ud for omkring 450 millioner år siden i slutningen af den periode, som forskerne kalder for Ordovicium.

Det lune vand skabte de perfekte levevilkår for dyrelivet. Men det skulle snart ændre sig. Kort tid efter begyndte landmasserne at fryse over, og en iskappe bredte sig. 

Vandet, der før havde været lunt og venligt over for dyrelivet, blev koldt og ugæstfrit. Den ene dyreart efter den anden bukkede under. På kort tid blev halvdelen af alt liv udryddet under den næstværste masseuddøen i hele klodens historie.

Et af de dyr, der overlevede, var springhalen. Et lille insektlignende dyr, som havde udviklet en særlig strategi mod kulden. Dyrets celler var begyndt at producere nogle proteiner, der kunne beskytte cellen mod at fryse til is.

Måske som det første dyr nogensinde, havde springhalen udviklet antifryseproteiner. Noget forskerne ellers tidligere troede, at dyrene først lærte langt senere. Det viser ny forskning fra Aarhus Universitet og Queen's University i Canada.

- Vi vidste godt, at antifryseproteinerne var opstået uafhængigt af hinanden flere gange i evolutionshistorien. Fisk har dem. Insekter har dem. Nogle edderkopper har dem. Men vi vidste ikke, at de var opstået så tidligt i dyreverdenen, før vi så resultaterne, siger Martin Holmstrup.

Han er professor på Institut for Ecoscience på Aarhus Universitet og en af de forskere, der står bag det nye studie.

Til daglig passer Martin Holmstrup knap 20 forskellige arter af springhaler i laboratoriet. De små dyr kræver ikke meget plads. En hel koloni kan bo i en enkelt glasskål, fortæller han.

- Vi har dem i petriskåle med et gulv af gips, som vi kan holde fugtigt. Som foder giver vi dem lidt tørgær. Det er sådan set det eneste, de har brug for, siger han.

Det er springhalerne fra Martins laboratorium, der er blevet brugt i forsøget. Han har sendt prøver fra dyrene til tre kolleger i Canada, som har lavet en række molekulære undersøgelser for at finde ud af, hvornår dyrene første gang udviklede antifrost-proteinet.

Fordi forskerne kender den sekvens af DNA’et, der gør cellerne i stand til at bygge antifrost-proteinet, kan de lede efter samme sekvens på tværs af arter, familier og rækker. De kan desuden regne sig frem til, hvornår den mutation, der førte til, at genet opstod, skete. Og her har de altså regnet sig frem til perioden ordovicium.

- Udregningerne viser, at springhalerne har udviklet antifrost-proteinet lang tid før de andre dyr. Hos fisk og insekter skete det først millioner år senere. Planter og mikroorganismer, såsom bakterier og encellede alger, har måske udviklet en lignende mekanisme endnu tidligere, siger han.
 

Selvom springhaler lever over det meste af kloden, er de mere talrige i Arktis end noget andet sted. I kulden i Grønland og Canada er der få andre jordbundsdyr, der kan overleve, og springhalerne kan mæske sig uforstyrret i bakterier og svampe, fortæller Martin Holmstrup.

- Springhalernes superpotente antifryseproteiner gør, at de kan overleve i kolde egne, hvor der kun er få andre insekter eller orme, de skal dele maden med. Og de har ikke mange, fjender, der vil æde dem, siger han.

Om vinteren, når temperaturen falder i Arktis, begynder springhalerne at producere antifryseproteiner. De kaldes også for ”is-bindende proteiner”, fordi de kan sætte sig fast på bittesmå iskrystallers overflade og forhindre, at de vokser sig større. Dyr i jorden er i særlig grad i kontakt med iskrystaller, når jorden fryser, så her spiller antifryseproteiner en vigtig rolle i at forhindre, at isen fra jorden spreder sig ind i dyret og dræber det. 

- Ligesom os - og de fleste andre dyr - kan springhalerne ikke overleve, hvis deres hemolymfe, som vi kalder deres blod, fryser til is. Det er antifryseproteinerne med til at forhindre, siger han.

De særlige proteiner er dog ikke den eneste evne, der gør, at springhalerne kan overleve i de hårde kulde i Arktis. De har endnu et trick gemt i ærmet.

- Fordi alt liv har vandmolekyler inde i cellerne, er vi sårbare overfor frosten. Fryser vandet til is, ødelægges cellerne. For at forhindre det lader springhalen sig udtørre og går i en form for dvale vinteren over, forklarer Martin Holmstrup.

Når springhalerne går i dvale, nedsætter de deres stofskifte så meget, at forskerne faktisk ikke kan måle det. Men når foråret kommer, suger de vand ind i kroppen igen og sparker stofskiftet i gang.

- Man kan sammenligne dem med en vindrue, der tørrer ind til en rosin i en proces, der minder om frysetørring. Springhalerne skrumper og bliver til små rynkede kryb om vinteren, for når tøvejret kommer, at suge vand ind igen og svulme op til deres naturlige størrelse, siger han. 

I mange år var det et mysterium, hvordan visse dyrearter kunne overleve på de koldeste egne på planeten. Faktisk var det først i midten af sidste århundrede, forskerne opdagede, de antifryseproteiner, der dyrene i stand til at klare kulden.

I årtier havde forskere undret sig over, at der svømmer arktiske fisk rundt i havvand, der er minus 1,8 grader celsius. På grund af salt i havvandet, er frysepunktet lavere end nul grader. Fiskenes blod har derimod et frysepunkt på minus 1 grader - og derfor burde de ikke kunne undgå at fryse til is i vandet.

- Det var længe en uløst gåde, hvordan fiskene overlevede i det kolde havvand. Først i slutningen af 1960’erne isolerede den amerikanske forsker Arthur DeVries proteiner fra arktiske fisk, som viste sig at kunne forhindre isvækst i fiskenes blod og celler, selvom fisken er underafkølet gennem hele sit liv, forklarer Martin Holmstrup

Siden har forskere fundet antifryseproteiner i en række andre dyr, planter og mikroorganismer. Og faktisk bliver de brugt i industrien i dag.

"De gener, der koder for antifryseproteinerne hos fisk, er i dag kopieret ind i nogle industrielle gærcellekulturer. På den måde producerer gæret de nyttige proteiner, og de kan tilsættes forskellige fødevarer."

Professor Martin Holmstrup

Meget mad i dag købes og sælges som frostvarer. Udfordringen her er dog, at vækst af iskrystaller i frosne madvarer ændrer dem. Ofte forværret det både smag og konsistens.

Ved hjælp af de særlige antifryseproteiner, er det dog muligt at forhindre det, forklarer Martin Holmstrup.

- De gener, der koder for antifryseproteinerne hos fisk, er i dag kopieret ind i nogle industrielle gærcellekulturer. På den måde producerer gæret de nyttige proteiner, og de kan tilsættes forskellige fødevarer, siger han.

En af de fødevarer, hvor proteinerne er særligt effektive, er i flødeis.

- Jeg ved, at Unilever har brugt det i flødeis, fordi konsistensen bliver virkelig fin. Isen kan desuden tøes op og fryses ned igen, uden den bliver helt iset og hård. Denne effekt kan måske også på længere sigt udnyttes i forbindelse med kryopreservering af organer til transplantation.

- Også andre industrier som eksempelvis flybranchen og vindmølleindustrien har forsøgt at anvende proteinerne. De håber, de kan fungere som beskyttelse mod at vingerne fryser til og skal afises.