На грани жизни - Веселин Денков

В 1909 г. русский ученый П. В. Бутягин замораживал при температуре от -20 до -44 °C микроорганизмы вызывающие болезни у человека, и установил, что большинство из них сохраняет жизнеспособность в течение 3 месяцев.

В том же году Джекобе установил, что «воскрешение» коловраток зависит от ряда факторов. Он высказал предположение, что при полном высыхании коловратки не оживают. В тех случаях, когда они оживали, их теле сохранялись остатки влаги, и жизненные процессы продолжались, хотя и весьма замедленно. Подобное состояние коловраток граничило с полным отсутствием жизни.

Интересное сообщение сделали в 1911–1912 гг. русские ученые В. Л. Омельянский и Б. Л. Исаченко. Они обнаружили вполне жизнеспособные микроорганизмы в замерзшей почве в зоне вечной мерзлоты.

В 1915 г. немецкий ученый Э. А. Шульц исследовал коловраток, тихоходок и нематод, высушенных на предметном стекле. При добавлении воды они быстро восстанавливали свою жизнедеятельность. Ученый установил что процессы, связанные с питанием и размножение» коловраток, при высушивании приостанавливаются. При гистологическом исследовании в их органах не были обнаружены изменения, а яйцеклетки находились в состоянии покоя. Исследователь сделал заключение, что жизнь коловраток может быть искусственно приостановлена и в любое время восстановлена.

Чтобы проверить, сохраняются ли процессы дыхания, высушенных коловраток, тихоходок и нематод подвергали воздействию низких температур при -253 °C в течение 14 дней и при этом установили, что они снова оживают. Эти опыты подтвердили исключительную устойчивость перечисленных организмов, обитателей мхов и лишайников, не только к высушиванию, но и к воздействию на них очень низких температур, при которых процессы жизнедеятельности (включая и дыхание) невозможны.

В 1922 г. русский исследователь В. В. Ефимов, изучая переохлаждение и замораживание инфузорий, пришел к важному выводу, что причиной их гибели при замораживании является образование кристалликов льда в цитоплазме клетки и в коллоидной оболочке. Процесс замораживания фактически обусловил обезвоживание клеток, так как вода переходила в твердое состояние. Поэтому замерзание представляется своего рода высушиванием клеток организмов вследствие образования в них кристалликов льда.

В 1922 г. крупный специалист по анабиозу — русский ученый П. Ю. Шмидт высушивал животных на покровных стеклах на воздухе, после чего помещал их в пробирку с хлористым кальцием для полного высушивания. После этого коловраток переносили в пробирки с натрием. С помощью вакуумного насоса ученый выкачивал воздух до 0,2 мм ртутного столба и запечатывал пробирку. Высушенных таким способом коловраток он сохранял в течение трех месяцев, и после добавления воды часть из них оживала. В результате научно обоснованных оригинальных опытов Шмидту окончательно стало ясно, что коловратки, тихоходки и нематоды при высушивании сохраняют свою жизнеспособность, т. е. находятся в состоянии анабиоза. При этом они теряют свой первоначальный вид и превращаются в маленькие шарики.

В период с 1923 по 1926 г. австрийский ученый Г. Рам исследовал устойчивость коловраток, тихоходок и нематод к высыханию и низким температурам и установил, что эти организмы впадают в анабиотическое состояние не только при высушивании, но и при замерзании. Он помещал в трубочки высушенный на воздухе мох, содержавший коловратки, тихоходки и нематоды, выкачивал воздух с помощью вакуумного насоса и наполнял чистым азотом, водородом или гелием, запаивал их и сохранял в течение целого года. Когда после этого он извлек мох и смочил его, организмы в большинстве своем ожили. Чтобы доказать, что жизненные процессы в этих организмах полностью прекращаются, Г. Рам помещал высушенный мох на 20 месяцев в жидкий воздух при температуре -190 °C или в жидкий гелий после постепенного охлаждения мха в течение 7 ч при температуре между -269 и 271,88 °C. Через 10 дней он погрузил мох в воду, примерно через полтора часа находившиеся в нем коловратки, тихоходки и нематоды ожили.

Приблизительно в то же время французский ученый Поль Беккерель высушил семена различных растений (клевера, лютика, льна и др.) в вакууме при 40 °C, запаял их в стеклянные пробирки, из которых выкачал воздух с помощью вакуумного насоса, и сохранял их в течение 4 месяцев, после чего поместил на 10 ч в жидкий гелий при температуре -269 °C. Когда позже семена были посеяны, они взошли даже лучше, чем контрольные семена, хранившиеся в обычных условиях. Этот факт, объяснялся тем, что обычные семена хотя и очень слабо, но все же дышали, и связанные с дыханием процессы постепенно разрушали цитоплазму. Позже (1930–1936 гг.) Беккерель провел эксперименты со спорами папоротниковых и мхов. После того как их определенное время продержали при температуре -271 °C, они прорастали и давали нормальные растения. Точно такими же устойчивыми оказались цветочная пыльца табака и растения львиный зев. После высушивания в течение 2 месяцев пыльца была подвергнута воздействию температуры от -269 до -271 °C. Часть высушенной пыльцы исследователь сохранял в течение 5 месяцев в запаянных стеклянных пробирках. Пыльца прорастала, как только ее опускали в сахарный раствор, в то время как сохранявшаяся в течение такого же периода времени в обычных условиях пыльца погибала.

В 1928 г. советский ученый Н. Л. Сахаров, выясняя устойчивость гусениц озимой совки (Agrotis segetum) к холоду, пришел к выводу, что при температуре от -4° до -6 °C не всегда наступает замораживание. Гусеницы обладали свойством не замерзать даже при температуре -11 °C, если в их организме содержалось более 2,5 % жиров и не меньше 11 % воды, содержащихся при нормальном состоянии.

Большой вклад в выяснение вопросов анабиоза у растений и причин их гибели внес советский ученый Н. А. Максимов, который в 1929 г. исследовал устойчивость растений к холоду. Он доказал, что гибель замерзших растений происходит не в период их переохлаждения, а после того как внутри них появляются кристаллики льда.

В природе многие обитатели замерзающих зимой водоемов вмерзают в лед. Весной после таяния льдов большая часть этих организмов оживает. В 1930 г., взяв пробу льда одного из подмосковных озер, советский ученый Н. В. Болдырев сумел после размораживания обнаружить 117 видов различных животных и растительных организмов. В числе этих видов ледовой фауны были главным образом представители пресноводных животных (коловратки, инфузории, ракообразные, моллюски, нематоды, ресничные черви и др.). После размораживания все эти животные очень быстро оживали. Так, например, коловратки и инфузории оживали буквально через несколько минут. В течение суток из 18 видов одноклеточных организмов оживали 13 видов, а из 14 видов коловраток оживали 9 видов.

Одним из видных исследователей в области анабиоза является советский ученый Н. И. Калабухов, который в 1933 г. в результате тщательно проведенных экспериментов сумел внести коррективы в некоторые неправильные выводы ученых, ранее изучавших анабиоз. Так, например, П. И. Бахметьев считал, что пчелы могут быть доведены зимой до состояния анабиоза путем замораживания. Н. И. Калабухов установил, что это невозможно, так как пчелы погибали уже при температуре чуть выше 0 °C в связи с нарушением процесса питания. При таких температурах сахар не мог всасываться через стенки пищеварительного канала, и пчелы умирали от голода. Н. И. Калабухов провел опыты и с более высокоорганизованными животными — млекопитающими. Он повторил опыты П. И. Бахметьева с замораживанием летучих мышей и опроверг его утверждение, что этих млекопитающих можно полностью заморозить и затем снова оживить. Это могло произойти только в начальном периоде замораживания, когда замерзали лишь конечности и поверхностные ткани тела. Но как только начинали образовываться кристаллики льда во внутренностях тела, в легких, в кровеносных сосудах и сердце — животные погибали.

Советский ученый П. Н. Каптарев в 1936 г. сообщил, что при исследовании проб почвы в зоне вечной мерзлоты он сумел выделить значительное количество организмов (водорослей и спороносных микроорганизмов) и этим подтвердил проведенные до него исследования Омельянского и Исаченко.

Интересные исследования начал в 1938 г. американский биолог профессор Б. Лайет, который позже объединил свои усилия с другим ученым П. Гихеньо. Оба исследовали воздействие низких и сверхнизких температур на живые организмы, контролируя скорость их охлаждения. Сущность решаемой ими проблемы заключается в следующем. Известно, что существуют три агрегатных состояния тела — газообразное, жидкое и твердое. Твердое состояние, в свою очередь, разделяется на два состояния — кристаллическое и аморфное (стеклообразное). При переходе некоторых веществ из жидкого в твердое состояние их молекулы располагаются в строго определенном положении, образуя правильную геометрическую форму. Этот процесс называется кристаллизацией. Молекулы некоторых веществ в процессе перехода из жидкого в твердое состояние не выстраиваются правильно, а сохраняют такое же хаотическое положение, в каком они пребывали в жидком состоянии. Такую структуру имеет, например, обыкновенное стекло. Если охлаждение провести с большой скоростью (мгновенно), многие вещества могут вместо кристаллического перейти в аморфное состояние, причем их молекулы не будут иметь времени для того, чтобы разместиться в определенном порядке. Этот процесс затвердения в отличие от кристаллизации называется витрификацией. В определенных условиях аморфные вещества постепенно могут начать кристаллизоваться, что внешне выражается в их помутнении. Этот процесс называется девитрификацией. Он происходит всегда, когда аморфная масса медленно нагревается. Чтобы она перешла прямо из аморфного в жидкое состояние, нагревание необходимо проводить с очень большой скоростью. Оба ученых доказали, что при быстром охлаждении, при котором температура охлаждаемого тела снижается на сотни градусов в секунду, вода тоже может превратиться в аморфную массу, так и не образовав кристаллов. Они установили, что замерзающие живые организмы погибают вследствие медленного охлаждения, при котором в их телах образуются кристаллики льда. По этой причине разрушается цитоплазма. Если вода превратится в аморфную массу — такого разрушения не произойдет. После быстрого нагревания, проведенного так, чтобы не дать возможности воде кристаллизоваться, организмы снова оживают. Однако это