История изучения анабиоза

В 1705 г. знаменитый голландский ученый Антони ван Левенгук поместил под сконструированный им микроскоп высушенный песок, взятый из желоба около водосточной трубы на крыше его дома, и он заметил, что, после того как песок был увлажнен, произошло нечто необычайное — высохшие в нем микроорганизмы, выглядевшие погибшими, начали двигаться, то есть «оживали». Это были невидимые простым глазом микроскопические черви — красные коловратки (Philodina roseola).

Изучая биологическое состояние высушенных и увлажненных коловраток, Левенгук пришел к выводу, что они обладают большой устойчивостью к высыханию. Он считал, что коловратки защищены оболочкой, которая не позволяет влаге полностью испариться из их организма. Изобилие организмов во временно образовавшихся лужах он тоже объяснял их свойством оставаться живыми, хотя и высушенными в тине пересохшей лужи.

В 1743 г. английский ученый Нидхем наблюдал подобное же странное явление в зернах пшеницы, зараженных пшеничной нематодой (Tylenchus tritici). Его личинки оказались способны сохраняться более двух лет даже в высушенных зернах пшеницы. Попав вместе с зернами в почву, они впитывали влагу, и личинки пшеничных нематод восстанавливали свою жизнедеятельность и выходили в почву. Нидхем взял зерна из зараженного колоса, размолол их и положил под микроскоп. В поле зрения он наблюдал неподвижных личинок, которые оживали после того, как их смачивали каплей воды. Нидхем считал, что высушенные пшеничные нематоды обладают особенной жизнестойкостью, отличающейся от нормальной.

В 1777 г. итальянский ученый Ладзаро Спалланцани подтвердил наблюдения Левенгука. Спалланцани исследовал возможность оживления высушенных красных коловраток филодиний после их пребывания в условиях высокой (+49°C) и низкой (—21°С) температур, установив при этом, что они переносят ее и оживают сразу же после создания для них благоприятных условий. Опыты с активными коловратками показали, что они погибают уже при температуре 35 — 36 °C.

При изучении биологических особенностей тихоходок Спалланцани установил, что и они, как и коловратки, способны переносить высушивание и оживать после того, как их увлажнят. Его наблюдения показали, что при высушивании жизнедеятельность тихоходок постепенно прекращалась, ножки втягивались в тело, объем уменьшался, и они превращались в шарики. Процесс их оживления после добавления воды проходил тоже постепенно — тело, впитав влагу, приобретало свой первоначальный объем, жизненные функции восстанавливались, и животные становились подвижными.

Коловратка Philidina roseola на разных стадиях высыхания (по П. Ю. Шмидту, 1948): 1- активная; 2 — начинающая сокращаться; 3 — полностью сократившаяся перед высыханием; 4 — в состоянии анабиоза Так оформились три точки зрения на причины устойчивости организмов к высушиванию: Левенгук считал, что коловратки защищены своей оболочкой, не позволяющей влаге полностью испариться. Нидхем же считал, что высохшие коловратки сохраняют жизнь, протекающую по законам какого-то особого тайного способа жить без наличия в их организме воды и без кислорода, содержащегося в воздухе. Точка зрения Спалланцани сводилась к тому, что жизнь коловраток, тихоходок и нематод пшеницы при высушивании прекращается, но после добавления воды снова возникает, и организмы как бы воскресают.

Несмотря на то, что взгляды Нидхема и Спалланцани страдали метафизичностью, все же их исследования сыграли важную роль в изучении явлений, связанных с жизнью и смертью этих микроскопических организмов.

Эти интересные явления привлекли к себе внимание многих исследователей. Были предприняты многочисленные попытки выяснить их сущность. Так, в 1842 г. французский ученый Дуайер подтвердил наблюдения Спалланцани о необычайной способности тихоходок сопротивляться высушиванию, а Давен в 1859 г. тщательно изучил нашумевший вопрос об оживлении личинок пшеничных нематод, сохранявшихся годами в зернах пшеницы.

Все большее внимание многих естествоиспытателей было привлечено к этому интересному и необъяснимому в то время явлению «воскресения» животных и растительных организмов, которые подвергались высушиванию или замораживанию. В 1873 г. немецкий ученый Вильгельм Прайер предложил обозначить его термином «анабиоз». Так он называл все случаи безжизненного состояния организмов, при которых они не теряли жизнеспособности. А само состояние, в которое впадали коловратки, тихоходки и пшеничные нематоды, — именно над ними он проводил свои опыты, — Прайер предложил называть анабиотическим.

Значительный вклад в разъяснение проблемы анабиоза внес крупный русский ученый профессор Порфирий Иванович Бахметьев. С помощью собственноручно изготовленного электрического прибора (термопара в виде иглы, соединенная с гальванометром) Бахметьев проводил опыты по изучению температуры насекомых в связи с внешними условиями, состоянием покоя и анабиоза. Этот прибор он назвал «электрический термометр». Наибольшую известность среди биологов Бахметьев снискал своими работами о «мнимой смерти», т. е. об анабиозе насекомых при замораживании. В анабиозе Бахметьев видел возможность продления человеческой жизни. Бахметьев первым начал строго научно изучать состояние организма насекомых при замораживании. С помощью своего уникального электрического термометра он определял температуру тела насекомых, помещенных в холодную камеру с температурой от -12 до -22°. Температура тела бабочки, помещенной в холодную камеру, сначала постепенно понижалась до — 10°, потом начинала быстро повышаться до -1,5°, после чего снова постепенно понижалась до -10°. Это необычайное явление Бахметьев назвал температурным скачком.

Изучая явления переохлаждения, а затем постепенного замораживания жидкостей тела бабочек, Бахметьев установил, что вскоре после «температурного скачка» насекомое могло ожить, если его извлечь из холодной камеры, несмотря на то что оно уже было заморожено, находилось в затвердевшем состоянии и выглядело мертвым. В подобном состоянии их нельзя считать живыми, поскольку процессы обмена веществ в их замерзшем теле почти прекратились, но они не умерли, так как если их согреть, то они снова оживают.

Позже, в 1912 г., Бахметьев продолжил свои исследования анабиоза, но на этот раз у млекопитающих. В качестве экспериментальной модели он избрал летучую мышь, которая впадает в зимнюю спячку. Первый опыт был проведен в феврале того же года. Летучую мышь перевязали тюлем, поместили в небольшую банку, чтобы она могла двигаться, в задний проход вставили термометр и поместили банку в холодную камеру при температуре -22°. Температуру летучей мыши записывали каждую минуту. В начале опыта ее температура была +26,4°, через две минуты температура стала +23° и потом начала быстро понижаться и достигла 0°. Потом температура опустилась ниже 0° и медленно понижалась. За 18 мин она снизилась, от 0 до -2,5°, но затем продолжала падать быстрее. Когда тело летучей мыши охладилось до —4°, Бахметьев вынул ее из холодной камеры. Тело оказалось совершенно твердым и не подавало никаких признаков жизни. При дуновении сверху на крыльях образовался иней. Постепенно крылья начали как бы отмокать и появились дыхательные движения. Летучая мышь ожила и прожила в доме ученого еще несколько недель, после чего умерла.

В 1922 г. русский ученый 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.

В период с 1923 по 1926 г. австрийский ученый 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.

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°С. Когда позже семена были посеяны, они взошли даже лучше, чем контрольные семена, хранившиеся в обычных условиях.

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

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.

Кусок льда со вмерзшими в него пресноводными обитателями (из С. А. Зернова, 1949).

В более поздних исследованиях (1948 г.) 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.

Сегодня известно, что многие растительные и животные организмы при неблагоприятных условиях (замороженные или высушенные) существенно замедляют или даже полностью прекращают обмен веществ, развитие и размножение, но, несмотря на это, не погибают. При благоприятных условиях они снова восстанавливают процессы жизнедеятельности. В состоянии анабиоза живые организмы переносят сильный мороз и жару, высокое давление, глубокий вакуум, мощную радиацию, вибрации и т. п.