Чтение онлайн

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

было сложной задачей из-за высокой скорости кристаллизации. Вот почему необходимым условием стало требование, чтобы толщина живых объектов не превышала 0,3 мм, причем содержание в них воды должно составлять не более 50 %. При более высоком содержании воды толщина объектов должна быть еще уменьшена. В большинстве проведенных опытов объектами служили или одноклеточные организмы, или тонкие листья растений. Культуры из одноклеточных организмов наносили тонким слоем на поверхность пластинки слюды толщиной 0,01 мм. Пластинку погружали в жидкий воздух, где микроорганизмы мгновенно замерзали. Размораживание осуществляли, перенося объекты в нагретый до 40 °C изопентан (жидкость, которая не смешивается с водой). При проведении некоторых опытов применялась нагретая ртуть, а при опытах с листьями растений и вода. Иногда объекты погружали даже в кипящую воду на 0,2 с, после чего немедленно переносили в холодную воду.

Весьма подходящий объект для опытов был найден американскими исследователями братьями А. и С. Гётцами в 1938 г. Они использовали обыкновенные дрожжи. С помощью кольца из платиновой проволоки они отделяли тонкую пленку с культурой дрожжей, при этом объект оказался достаточно тонким, чтобы его можно было охладить с большой скоростью. Погрузив пробу в изопентан при температуре -190 °C, ее переносили в бензиловый эфир, подогретый до комнатной температуры. Таким образом осуществлялось быстрое размораживание. Затем к культуре добавляли каплю водного раствора красителя (метиленового синего), который окрашивал только мертвые дрожжи. Применяя такой способ, можно было под микроскопом пересчитать погибшие клетки, а их оказалось тем больше, чем медленнее проводилось замораживание и последующее размораживание. Это объясняется увеличением возможности кристаллизации воды в клетке. Время, которое дрожжи находились в замороженном состоянии, не оказывало влияния. При одних и тех же условиях замораживания и оттаивания количество погибших клеток и после сточасового, и после пятиминутного замораживания было одно и то же. При самых благоприятных обстоятельствах количество оживающих клеток достигало 20 %. Разумеется, в природе такое быстрое охлаждение невозможно. Там всякое охлаждение сопровождается образованием льдинок, в теле организма.

В 1940 г. советский ученый А. Е. Крисе обнаружил спороносные и неспороносные микроорганизмы только на поверхности замерзшего слоя почвы.

В более поздних исследованиях (1948 г.) известный советский ученый П. Ю. Шмидт снова изучал анабиотическое состояние при замораживании, насекомых и некоторых животных с постоянной температурой тела. Он пришел к заключению, что в первый период после фазы переохлаждения не наступает полное замерзание организма, а начинают только появляться кристаллы в жидкостях и клетках организма. Следовательно, и анабиоз возможен только при условии, которое исключает полное замерзание всех клеток.

Позже, в 1949 г., А. Крисе вместе со своим соотечественником Т. Граве сообщил об исследованиях проб льда, полученных из зоны вечной мерзлоты, в результате которых установлено, что эти пробы не содержали микроорганизмов. По мнению исследователей, для окончательного выяснения вопроса о наличии микробов, находящихся в состоянии анабиоза в почве зон вечной мерзлоты, необходимы дополнительные опыты.

В 1947 г. советский ученый А. В. Каляев, соблюдая все правила асептики, исследовал ряд проб почвы, взятых в зонах вечной мерзлоты. Он установил, что пробы, полученные с больших глубин, содержали только спороносные микробы, а те, которые были взяты с более поверхностного слоя, — и неспороносные микробы. Исследования А. В. Каляева окончательно доказали, что микроорганизмы могут продолжительное время сохраняться в почве зоны вечной мерзлоты в анабиотическом состоянии.