Жизнь и ее проявления - [12]

Устойчивость организмов к очень высоким или низким температурам повышается при снижении воды в их протоплазме, что приводит к снижению активности обмена веществ. Длительный и глубокий покой у организмов наступает при снижении содержания воды в клетках протоплазмы. В таком состоянии организмы бывают очень устойчивы к резким изменениям температуры. Так, колорадские жуки во время диапаузы (период покоя, остановки развития у насекомых) выносят в течение часа температуру +58°.

У микроорганизмов в состоянии покоя (цисты, споры) количество воды уменьшается очень резко, протоплазма становится вязкой, она не свертывается и не погибает при температурах кипения воды, а иногда и при +130–150° (под давлением).

Долгое время думали, что многие животные, в том числе и позвоночные (рыбы, лягушки), зимой промерзают, а весной вновь оживают. Впоследствии выяснилось, что это не так: кристаллы льда в протоплазме клеток высокоорганизованного животного нарушают структуру клетки и организм погибает. Но если клетка теряет воду, устойчивость ее к холоду повышается. Без воды клетки и ткани не замерзают. Например, некоторые относительно примитивные животные (коло-воротки, тихоходки, нематоды) в высушенном состоянии способны выносить охлаждение вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. Такой же выносливостью обладают споры и семена растений.

Глубокое снижение всех процессов жизнедеятельности у живых организмов называется анабиозом, или скрытой жизнью. Организмы в состоянии анабиоза внешне не проявляют никаких признаков жизни. При этом дыхание и другие обменные процессы настолько снижены, что их не удается уловить с помощью специальных чувствительных приборов. Переход живого организма в состояние анабиоза связан прежде всего с потерей воды. Простейшие в таком состоянии сохраняют способность возвращаться к активной жизни даже после шестилетнего периода покоя.

Феноменальными свойствами анабиоза обладают тихоходки (мелкие многоклеточные животные). Длина их тела обычно не превышает 0,5 мм. Они очень просто устроены, не имеют кровеносной системы. В 1948 году итальянка Францеччи провела следующий опыт: намочила мох, засушенный в 1828 году и сохранившийся в гербарии Ботанического института в городе Турине; и вот в этом стодвадцатилетнем мху обнаружили… ожившую тихоходку. Засушенные тихоходки способны переносить в течение нескольких минут высокие температуры (+ 110–120°). Могут просуществовать в анабиозе в течение нескольких месяцев в запаянных стеклянных трубках, наполненных чистым водородом, неоном, аргоном, азотом, сероводородом и другими ядовитыми газами. Эти насекомые, высушенные в безвоздушном пространстве, способны переносить температуры, близкие к абсолютному нулю, и другие крайне неблагоприятные условия.

Длительное состояние анабиоза способны переносить семена и споры растений. Например, плодики лотоса, хранившиеся в музее в сухом месте более ста лет, при посеве дали почти стопроцентную всхожесть.

Немногим более двадцати лет назад учеными было обнаружено весьма интересное явление. При быстром погружении живой ткани или микроорганизмов в жидкий воздух (около —190°) они мгновенно замерзают, но после оттаивания остаются живыми. Оказалось, что при очень быстром охлаждении вода не кристаллизуется и застывает, как стекло. Переход воды протоплазмы клеток в стеклообразное, а не кристаллическое твердое состояние называется витрификацией. Этот процесс удается осуществить только с микроскопически малыми биологическими объектами.

Многочисленные опыты с насекомыми и другими беспозвоночными, а также с холоднокровными позвоночными (рыбы, амфибии) показали, что и эти животные оказались способными возвращаться к жизни после пребывания при температуре ниже нуля, например при —10, —14° и более низких температурах. Гусеницы кукурузного мотылька, зимующие в стеблях травянистых растений, при —30° нередко замерзают настолько, что становятся совершенно твердыми и сохраняются в течение многих лет; после оттаивания они продолжают жить. В специально поставленных опытах эти гусеницы «оживали» после суточного пребывания в температуре —78° в замерзшем, твердом, как стекло, состоянии. Однако возвращение этих животных к жизни после пребывания в отрицательных температурах возможно лишь в тех случаях, когда во время охлаждения их тканевые жидкости в жизненно важных органах находились в жидком переохлажденном состоянии. Когда же тканевые жидкости замерзают и кристаллики льда нарушают внутриклеточные структуры, при оттаивании неизбежно наступает смерть.

Открытие явления витрификации имеет важное практическое значение. Уже в настоящее время разработаны способы хранения спермы сельскохозяйственных животных в сжиженных газах при температуре —180–190°. В витрифицированном виде сперма может находиться, сохраняя свою жизнеспособность, в течение нескольких месяцев, и после оттаивания ее можно использовать для искусственного осеменения. Высушенная при определенных условиях сперма также может храниться очень долго, не теряя своей жизнеспособности.

Различные формы применения холодного анабиоза имеют важное практическое значение для медицины. Применяя методику высушивания с помощью низких температур, готовят вакцины, которые сохраняют иммунизирующие свойства в течение ряда лет. Мгновенное замораживание крови не нарушает структуры ее элементов и дает возможность после длительного хранения использовать ее для переливания больным и раненым.