Процесс анабиоза в биологии и его особенности

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Январь 1967 года, США, санаторий близ Лос-Анджелеса. Безнадежно больной — рак легких — семидесятитрехлетний Джеймс Бедфорд, бывший профессор психологии, дает согласие подвергнуться замораживанию. Его подключили к аппарату «сердце — легкие», чтобы, насыщая организм питательными веществами и кислородом, спасти мозг от разрушения. В ткани ввели гепарин – препарат, препятствующий свертыванию крови. Тело обложили сухим льдом. Выкачали кровь из сосудов, заменив ее глицерином и диметилсульфоксидом и постепенно стали понижать температуру тела, доведя ее до отметки минус 75 градусов по Цельсию. Потом в палату внесли двухметровую «криогенную капсулу хранения» — выполненная из полированной нержавейки, она имела двойные стенки, как термос, чтобы холод лучше сохранялся. Замороженного завернули в алюминиевую фольгу, поместили в капсулу и завинтили люк, затем наполнили камеру жидким азотом (его температура минус 196 градусов по Цельсию) и в считанные секунды ткани Бедфорда стали хрупкими как стекло. Несколько дней спустя капсула с телом была доставлена на самолете в специальное хранилище в Аризоне…

Бедфорд, видимо, надеялся, что когда-нибудь наука сможет лечить рак и отыщет способы восстанавливать жизнеспособность замороженного человека. И тогда он — через десятки, сотни лет? — встанет из футляра, где будет храниться его плоть, живым и здоровым. Так или иначе, но в тот зимний вечер была сделана попытка материализовать давнюю мечту об идеальном анабиозе.

Анабиоз (буквально «оживление», «воскрешение») открыл в 1701 году голландец Антони ван Левенгук. Когда он рассматривал с помощью самодельного микроскопа сухой песок, то не замечал никаких признаков жизни. Но стоило песок увлажнить, как в нем начинали копошиться крохотные существа – коловратки.

«Жизнь можно останавливать, как часы, — догадался Левенгук.— Влага – это маятник. Качни его и стрелка жизни снова придет в движение…» Ученый решил подкрепить свое мнение экспериментом. Он запечатал прокаленный солнечными лучами песок в конверт и хранил его двадцать один месяц. И вновь убедился: при добавлении воды происходила реанимация коловраток. В письме в Лондонское королевское общество Левенгук поспешил сообщить о своем удивительном открытии.

Удивительном? Но в природе анабиоз – естественное явление. Умело используют его беспозвоночные, растения, насекомые, микроорганизмы, споры, вирусы. Как выжить при засухе или крепких морозах? Земля была бы завалена трупами растений, если бы климатические зигзаги губили колонии микробов, способных перерабатывать целлюлозу. В порах почвы, в воде, воздухе, на сухих плодах сохраниться микроорганизмам помогает анабиоз. Живое научилось при неблагоприятных условиях заметно наполовину или даже на три четверти — уменьшать в клетках количество воды: она либо испаряется, либо замерзает, превращаясь в лед.

И совершается чудо: живое становится неуязвимым. Приобретает во временном небытии поразительную устойчивость к действию губительных факторов. Ему не страшны ни холод абсолютного нуля, ни жарища в сотни градусов, оно выдерживает облучение рентгеновскими лучами, легко переносит большие давления и глубокий вакуум, замену привычной для него среды (воздух, вода) на агрессивную, враждебную («атмосферу» из водорода или азота, чистый стопроцентный спирт). Есть даже такие микробы, что с комфортом обитают в чреве… ядерного реактора!

Но самое поразительное, что, стойко перенеся экстремальные воздействия, живое при благоприятных условиях, как бы пробуждаясь от долгого сна, способно возродиться для новой жизни. Анабиоз бросает вызов философам. Он как бы ставит знак равенства между жизнью и смертью. Вот тот же Бедфорд — человек отказывался быть живым и в то же время не хотел умирать!

«Мнимая смерть», «скрытая», «потенциальная» жизнь, «смертожизнь» — какими только эпитетами не награждали анабиоз! Прежде полагали, что тут речь может идти даже о воскресении после смерти. Вот что писал в 1771 году классик учения об анабиозе итальянец Л. Спалланцани: «Животный организм, воскресающий после своей смерти и в известных пределах воскресающий даже сколько угодно раз подряд, — явление неслыханное, кажущееся сперва невероятным парадоксом. Оно нарушает все наши наиболее установленные идеи о живой природе, оно возбуждает совершенно новые мысли и является предметом, столь же интересным для изысканий натуралиста, как и для размышлений метафизика…»

Но нет, при анабиозе финишная ленточка смерти нигде не пересекается. Изучая эту необычную «тлеющую» жизнь, наблюдая, как вспыхивают ее слабые искорки, наука с удивлением обнаружила: жизнь и смерть отделены не геометрически тонкой демаркационной линией, а пространной территорией, целой областью, управляемой необычными законами. И крайне важно в интересах жизни всемерно расширять границы страны Анабиоз, всячески тесня смерть.

Установлено: притормозить жизнь, снизить ее темп можно многими способами. При усыхании небольших водоемов с морской водой степень солености в них увеличивается. И ряд обитающих здесь существ, к примеру, веслоногие рачки, временно впадают в безжизненное состояние. Это – осмотический анабиоз, или осмобиоз. Еще одна форма — аноксибиоз. Его вызывает снижение концентрации кислорода в воздухе ниже определенного уровня. Недавно московские микробиологи В. Дуда и Г. Эль Регистан открыли еще один тип анабиоза — химический. Оказалось, что многие бактерии, дрожжи, грибы в процессе своего развития выделяют в окружающую среду особые вещества, способствующие переходу микроорганизмов в своеобразное анабиотическое состояние. Вероятно, будут открыты и другие проявления анабиоза.

Управлять темпом жизни, во всяком случае, простейших биообъектов, быть может, удастся с помощью лазерного облучения. Эксперименты профессора Н. Гамалеи и его коллег в Институте проблем онкологии показали, что любые клетки млекопитающих, будь то клетки крови, печени или кожи, чувствительны к очень слабым световым потокам. Особенно, если это красные, зеленые или фиолетовые лучи. Скорее всего, в клетках животных и человека есть специальная система фоторегуляции, подобная тем, что известны у растений и у бактерий.

Лазерное воздействие малой мощности (всего несколько десятков милливатт) способно изменять скорость деления клеток. Эта скорость может и убыстряться — усиленное клеточное деление ускоряет заживление ран и трофических язв, и замедляться — так удается тормозить рост опухолей.

К анабиозу в той или иной мере примыкает множество поразительных явлений. Петербуржец А. Голдовский разработал классификацию состояний организмов, в ней кроме «анабиоза» фигурируют такие слова, как «мезабиоз», «киобиоз», «биоз», «гипсорбиоз». Одно из подобных состояний – гибернация: зимняя и летняя спячка некоторых видов млекопитающих. У животных, которые впадают в спячку, она сопровождается понижением температуры до нуля плюс четырех градусов Цельсия. При этом активность нервной системы спадает: похоже, что кора мозга при низких температурах не способна к электрической активности.

Спячка может быть и нерегулярной — у белок, енотов, стрижей, ласточек это состояние возникает при резком наступлении неблагоприятных условий: недостаток пищи, влаги, чересчур низкая или высокая температура. Это просто способ «упрятать» живое существо «для сохранения» в трудные моменты его жизни.

Замечательное свойство спячки — она очень похожа на сон. Ведь и там и тут сердце бьется медленнее, кровяное давление падает, обмен веществ понижается. Во время сна слегка — примерно на пол градуса — снижается температура тела. Любопытно, что после обильной еды тянет ко сну: кровь приливает к желудку, чтобы помочь пищеварению, и, таким образом, меньшее количество ее поступает в мозг. Вообще, похоже, если устранить определенное число возмущающих внешних и внутренних воздействий на мозг, должен наступить сон — эта как бы ослабленная форма спячки.

Вот одно полуфантастическое предложение, которое сделали специалисты, исследующие гибернацию и сон. Они считают, что люди могли бы проводить ночи не во сне, а, подобно летучим мышам, в спячке. При понижении температуры ниже нормальной, утверждают ученые, сон, возможно, станет более глубоким, а понижение температуры всего на несколько градусов может оказаться достаточным, чтобы приостановить старение — продлить нашу жизнь на ту ее треть, что мы проводим во сне. Разгадка тайн сна (и, конечно, понимание принципов работы мозга), спячки, анабиоза — не тут ли ключ к разработке методов хранения, «консервации» организмов при их охлаждении?

Автор: Ю. Чирков.