«На грани жизни»

На грани жизни (fb2) - На грани жизни (пер. Ирина Марковна Сабурова) 909K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Веселин А. Денков

Веселин А. Денков На грани жизни

Предисловие

Книга В. Денкова посвящена популярному изложению проблемы «скрытой жизни» — пребывания организмов в состоянии пониженной или приостановленной жизнедеятельности. В зависимости от степени снижения жизнедеятельности различают такие состояния, как анабиоз (при замораживании или высушивании), зимнюю и летнюю спячку теплокровных животных и соответствующее ей оцепенение холоднокровных, покой растений. Близким к «скрытой жизни» является летаргический сон у человека и искусственно вызываемая при операциях гипотермия. Автор приводит классификации этих состояний, разработанные различными исследователями, и подчеркивает необходимость их разграничения.

Исследование «скрытой жизни» скоро отметит свой трехсотлетний юбилей, однако за это время интерес к проблеме не был постоянным. Открытие Левенгука в свое время не привлекло внимания, и работы в этой области возобновились лишь в середине XVIII в., когда возможность «воскрешения из мертвых» вызвала большие споры и заставила по-новому взглянуть на сущность жизни и смерти, на проблему обратимости прекращения жизнедеятельности.

Практическая сторона вопроса долгое время не привлекала внимания, хотя уже в середине XVIII в. была высказана мысль о возможности бесконечного продления жизни человека путем его периодического замораживания. Но попытки оживить замороженных животных, неоднократно предпринимавшиеся в течение XIX в., оканчивались неудачей.

В начале века интерес к проблеме продления жизни вновь возобновился в значительной степени благодаря работам и популяризаторской деятельности П. И. Бахметьева, о котором подробно рассказано в книге, а также благодаря достижениям науки в различных областях, внушивших уверенность в бесконечные возможности человеческого разума.

Однако проблема продления жизни оказалась много сложнее, чем представлялось Бахметьеву и его современникам, да и вера в человеческий разум была подорвана более чем неразумным поведением человечества, так что планы отправки в космос впавших в анабиоз космонавтов или сохранения до лучших времен в состоянии «скрытой жизни» людей, чьи болезни в настоящее время не поддаются излечению, остаются, по-видимому, утопическими.

Интерес к «скрытой жизни» приобрел новое, реальное звучание в середине нашего столетия в связи с достижениями криобиологии, в первую очередь в связи с открытием криопротекторов — веществ, препятствующих губительному действию льда на структуры клетки при ее замораживании. Сохранение «запасных частей» человеческого организма, спермы и зародышей человека и животных, клеточных культур — все эти достижения, необходимые для практики современной медицины и сельского хозяйства, удалось осуществить благодаря применению криопротекторов. Параллельно шло развитие методов лиофильной сушки (т. е. сушки в вакууме) и глубокого замораживания промышленных микроорганизмов и вакцин. В настоящее время трудно найти отрасль медицины, сельского хозяйства и пищевой промышленности, в которой не использовались бы организмы или их части, сохраняющиеся в состоянии «скрытой жизни».

Поэтому публикация книги В. Денкова представляется чрезвычайно своевременной. Автор в живой и увлекательной форме рассказывает о «патентах природы», разработанных ею для перевода жизни в «скрытую форму» при неблагоприятных условиях, и о возможности использования этих патентов в человеческой практике. В книге собран разнообразный материал, почерпнутый автором как из научных работ, так и из популярных изданий. В ряде мест автор не может удержаться от соблазна рассказать о сенсационных случаях (например, об оживлении смертельно раненного наполеоновского генерала, проведшего несколько часов под снегом, или о многодневном пребывании йогов в условиях, когда никакая жизнедеятельность не представляется возможной). Автор рассказывает об этих случаях достаточно подробно, стремясь объяснить их с точки зрения современной науки и указывая источник информации. Читателю остается проявить необходимый скептицизм. Не обходит автор и «острые углы» истории науки. Так, он рассказывает о фирмах, сохраняющих в замороженном состоянии умерших миллионеров. Разоблачение подобных сенсаций, слухи о которых имеют широкое хождение, — одна из задач популяризатора науки, и, по моему мнению, В. Денков с ней справился.

Несомненная заслуга автора — неоднократно подчеркиваемое им положение, что практические достижения в области «скрытой жизни» являются результатом использования человеком «патентов природы». Эта мысль особенно актуальна в наше время, когда осознание зависимости человека от природы становится жизненно необходимым для самого существования человечества.

Автор хорошо знаком с работами русских и советских авторов, которые обычно не находят достаточного отражения в зарубежной литературе. Некоторые заслуживающие внимания работы приведены дополнительно в комментарии.

Хотя книга В. Денкова вышла сравнительно недавно — в 1984 г., за это время в науке было накоплено много новых немаловажных фактов. Поэтому пришлось снабдить книгу комментарием, в котором излагаются данные, полученные после выхода книги в Болгарии, а также уточнить некоторые положения, заимствованные автором из недостаточно авторитетных источников.

Доктор биологических наук Н. Н. РОТТ

Изучение явления анабиоза в историческом аспекте

Известно, что большое число микроорганизмов, насекомых, мелких холоднокровных животных и представителей растительного мира, оказываясь в неблагоприятных для них условиях жизни, могут впадать в состояние анабиоза. В этом состоянии «мнимой смерти», на грани жизни и смерти, этим организмам удается таким уникальным способом сохранить жизнь в течение суровых зим или в летние засухи и жару.

Анабиоз — явление, характерное не только для микроорганизмов. Оно определенным образом связано с периодическим состоянием зимней спячки и у высокоорганизованных животных. Известно, что в зимнюю спячку впадают многие животные с постоянной температурой тела (ежи, суслики, летучие мыши, сурки и др.), а также многие виды животных с непостоянной температурой тела (ящерицы, лягушки, змеи, черепахи и др.). которые проводят зиму, зарывшись в ил, грязь или в землю, спрятавшись под опавшие листья, под кору деревьев и т. п. Там они находятся в неподвижном состоянии оцепенения, в условиях крайне пониженной жизнедеятельности.

Когда в 1705 г.[1] знаменитый голландский ученый-самоучка Антони ван Левенгук случайно поместил под сконструированный им микроскоп высушенный песок, взятый из желоба около водосточной трубы на крыше его дома, он с удивлением 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).

Чтобы удостовериться в том, что эти микроорганизмы действительно находятся в песке, Левенгук в последующих опытах доливал только кипяченую воду. А чтобы убедиться в том, что коловратки могут «воскресать» после длительного периода времени, он сохранял горсть песка, взятого из желоба крыши, в течение 21 месяца в сухом месте. После того как этот песок смочили водой, коловратки снова ожили. Изучая биологическое состояние высушенных и увлажненных коловраток, Левенгук пришел к выводу, что они обладают большой устойчивостью к высыханию.

Левенгук считал, что коловратки защищены оболочкой, которая не позволяет влаге полностью испариться из их организма. Он не допускал возможности сохранения жизни у существа, полностью утратившего влагу своего тела. 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 — мелким круглым червем. Его личинки оказались способны сохраняться более двух лет в так называемых галлах даже в высушенных зернах пшеницы. Попав вместе с зернами в почву, галлы впитывали влагу, при этом личинки пшеничных нематод восстанавливали свою жизнедеятельность и выходили в почву. После того как пшеница выколосится, личинки добираются до цветочных почек, где и наступает их половая зрелость. Самки откладывают яйца, снова вылупляются личинки, и весь цикл повторяется. Заболевание, вызываемое пшеничной нематодой, было известно, хотя его причины оставались неразгаданными. Чтобы выяснить их, Нидхем взял темно-коричневые 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 сохранял личинок восемь недель живыми в воде, после чего снова их высушил. Поместив их через некоторое время в воду, он снова их оживил. Эти опыты повторялись неоднократно, но результат был один и тот же. Больше того, после двухгодичного хранения в сухом состоянии личинки снова «оживали». Нидхем считал, что личинки погибают при высыхании, а при увлажнении снова оживают. Позже он пришел к выводу, что высушенные пшеничные нематоды обладают особенной жизнестойкостью, отличающейся от нормальной. Помещенные в воду, эти организмы могли перейти в состояние нормальной жизни[2].

В 1777 г. итальянский ученый аббат Ладзаро Спалланцани (получивший впоследствии всемирную известность благодаря своим знаменитым опытам по изучению способности летучих мышей ориентироваться в пространстве) подтвердил наблюдения Левенгука. Спалланцани исследовал возможность оживления высушенных красных коловраток филодиний после их пребывания в условиях высокой (+49 °C) и низкой (-21 °C) 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 коловраток филодиний в песке, взятом из желоба на крыше, Спалланцани обнаружил после его увлажнения новое водное шестиногое животное микроскопических размеров, которое назвал Tardigrada (по-лат. — «тихоходка»), поскольку его движения были очень медленны. Это название обнаруженных пресноводных обитателей мхов и лишайников сохранилось в науке и до сих пор.

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. Устойчивость тихоходок к высокой и низкой температуре оказалась такой же высокой, как и у коловраток. Спалланцани установил, что даже после одиннадцатикратного высушивания некоторые из них оживали.

Интересно, что еще на заре возникновения микробиологии — науки о микроорганизмах, которые нельзя наблюдать невооруженным глазом, пионеры микробиологической науки заметили, что огромная устойчивость этих организмов к высыханию связана не только с биологическими особенностями их строения, но и со свойствами той среды, в которой они находятся в высушенном виде.

Так оформились три точки зрения на причины устойчивости организмов к высушиванию: Левенгук считал, что коловратки защищены своей оболочкой, не позволяющей влаге полностью испариться. Он не допускал возможности сохранения жизни у существ, которые полностью потеряли влагу при высыхании. 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 (группа организмов, к которым относится и открытый им же Macrobiotus) 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. В то же время М. Гаварре после многочисленных опытов подтвердил необычайную устойчивость коловраток, тихоходок и пшеничных нематод к высушиванию в естественных условиях, так же как и при экспериментальном простом высушивании и при высушивании в условиях вакуума над серной кислотой, что приводило к быстрому поглощению влаги. М. Гаварре установил, что после высушивания эти микроорганизмы выдерживают нагревание до 110 °C и, погруженные в воду, снова оживают.

В качестве оппонента всех этих исследований выступил французский ученый Феликс Пуше, который на основе своих опытов и наблюдений придерживался той точки зрения, что при полном высыхании коловраток и тихоходок они не могут оживать после добавления воды и что их жизнь не может быть восстановлена после воздействия кипящей водой.

В 1859–1860 гг. возник спор по вопросу об оживлении этих организмов между французскими учеными Феликсом Пуше и Дуайером.

Пуше не отрицал мнения Дуайера, Давена, Гаварре, утверждавших, что некоторые высушенные организмы могут оживать, но считал, что в этих случаях не было полного высыхания. По его мнению, полностью высушенные коловратки, тихоходки и нематоды, живущие во мхах, были не в состоянии оживать. Свои взгляды он тоже подкреплял опытами. Разрешением спора занялось Парижское биологическое общество. Оно создало специальную комиссию из видных ученых во главе с Броком, которой предстояло разрешить этот спор. Комиссия проверила опыты Дуайера и Пуше и поставила свои опыты, с помощью которых доказала, что в условиях вакуума организмы могут быть полностью высушены и выдержать потом пятиминутное нагревание до 100 °C и при этом сохраняли способность оживать после добавления воды.

Комиссия повторила опыты Пуше по высушиванию коловраток на стекле под воздействием солнечных лучей и других атмосферных воздействий на протяжении трех месяцев. Результаты показали, что коловратки после добавления воды действительно не оживали. Однако комиссия отметила, что их гибель во время этих опытов наступила не в результате высыхания, а в связи с неустойчивым воздействием внешних условий, в которых они находились во время проведения опытов. Таким образом, возражения Пуше не подтвердились, и вывод о необычайной устойчивости коловраток, тихоходок и нематод к полному высушиванию и воздействию в таком состоянии высоких температур больше не встречал возражений. В конечном счете комиссия выступила в защиту приверженцев Дуайера.

Несмотря на это, энтузиазм Феликса Пуше нисколько не остыл, и в 1866 г. он провел новые интересные эксперименты по изучению воздействия низких (-17 °C и -20 °C) температур на различные виды рыб, моллюсков, инфузорий и бактерий и установил, что холод действует на них пагубно (за исключением бактерий).

Против его утверждения на сей раз выступил Пикте, который выдвинул следующую точку зрения: некоторые животные с непостоянной температурой тела могут оживать после полного их замораживания. Он провел опыты с замораживанием бактерий и их спор, диатомовых водорослей, коловраток и других мелких организмов в результате их охлаждения до температуры -200 °C и установил, что после размораживания они продолжали жить. Пикте поддержал предположение, что чем примитивнее организм, тем легче он переносит воздействие низких температур.

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. Но это явление все еще не имело наименования. 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.

В 1883 г. немецкий исследователь Е. А. Шульц серией точных экспериментов доказал, что в живущих во мхах микроскопических организмах, названных им макробиотусами (Macrobiotus huffelandii), при высыхании прекращается всякая жизнедеятельность, возобновляющаяся после добавления воды.

Некоторые экземпляры удалось оживить даже после их пребывания в высушенном состоянии в течение четырех лет.

Проблема анабиоза стала рассматриваться на строго научной основе лишь в начале XX в. Тот факт, что некоторые организмы могут высыхать, а затем оживать снова, стал уже широко известен. Что же, однако, происходило с высыхающим организмом? Действительно ли в нем прекращалась жизнедеятельность или только сильно затормаживалась? Какие виды животных и растительных организмов могут впадать в анабиоз?

В XX в. содержание понятия «жизнь» стало более определенным. Жизнь — это обмен веществ между высокоорганизованной живой материей и окружающей средой. Действительно ли этот обмен веществ прекращается при высыхании организмов? Может ли он полностью прекратиться и затем снова восстановиться?

Бесспорно, что на эти вопросы ученые могли ответить лишь после углубленных исследований.

Значительный вклад в разъяснение проблемы анабиоза внес крупный русский ученый профессор Порфирий Иванович Бахметьев, проводивший все свои исследования в Болгарии, что делает честь болгарской науке и вызывает нашу законную гордость. На научных публикациях П. И. Бахметьева, независимо от того, на каком языке они были напечатаны, всегда указывался адрес: Софийский университет — Болгария. Таким образом П. И. Бахметьев утвердил за границей имя и авторитет болгарской научной мысли.

П. И. Бахметьев родился в русском селе Лопуховка Саратовской губернии, в 1860 г., в семье крепостного крестьянина. После окончания гимназии в Саратове любознательный юноша отправился в Швейцарию и получил физическое образование в Цюрихском университете. Так как он проявил себя как талантливый физик, его сразу же сделали ассистентом, а вскоре и приват-доцентом. В 1890 г. ему предложили возглавить кафедру физики на основанных в 1884 г. Высших педагогических курсах в Софии, переименованных в 1894 г. в Высшее училище, а в 1904 г. — в Софийский государственный университет. На это предложение молодой ученый отозвался с готовностью и стал в Болгарии первым профессором физики. Но его интересы не ограничивались только этим предметом. Большую часть своей научно-исследовательской деятельности он посвятил биофизике и биологии.

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» (обыкновенным термометром невозможно измерять температуру насекомого). Результаты этих исследований были опубликованы в 1899 г.

Наибольшую известность среди биологов П. И. Бахметьев снискал своими работами о «мнимой смерти», т. е. об анабиозе насекомых при замораживании. Этому он посвятил значительную часть своего времени и вел со многими биологами оживленные дискуссии. В анабиозе П. И. Бахметьев видел возможность продления человеческой жизни. Этой проблеме он посвятил свыше 25 научных публикаций. Бахметьев искал закономерности в реакции жидкостей тела на перемену температуры и в отражении этой перемены на состоянии и жизнеспособности всего организма. По этим вопросам он прочел много лекций, которые вызвали большой интерес в Болгарии и других странах.

П. И. 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°. Бахметьев впервые выявил интересное состояние насекомых при замораживании. Температура тела бабочки, помещенной в холодную камеру, сначала постепенно понижалась до — 10 °C, потом начинала быстро повышаться до -1,5 °C, после чего снова постепенно понижалась до -10 °C. Это необычайное явление П. И. Бахметьев назвал температурным скачком.

В чем заключалась суть дела? При понижении температуры до -10 °C жидкости тела насекомых превращались в кристаллы, причем у замораживаемых организмов выделялась скрытая теплота. Вследствие этого температура их тела повышалась до такой температуры, при которой жидкости замерзают без предварительного переохлаждения. Эта температура обычно удерживается ниже 0°, потому что в жидкостях тела содержатся растворенные соли. Температура эта настолько ниже 0°, насколько выше концентрация раствора. Так объясняется это необычайное явление, называемое П. И. Бахметьевым температурным скачком.

Изучая явления переохлаждения, а затем постепенного замораживания жидкостей тела бабочек, П. И. 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. Это привело П. И. Бахметьева к мысли,

что в таких условиях в природе насекомые находятся в состоянии анабиоза. 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., П. И. 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 °C. Начались наблюдения. Температуру летучей мыши записывали каждую минуту. В начале опыта (в 1 ч 56 мин ночи) ее температура была +26,4 °C (в комнате + 12 °C), через две минуты температура стала +23 °C и потом начала быстро понижаться. К 2 ч 26 мин она достигла 0 °C. Потом температура опустилась ниже 0 °C и медленно понижалась. За 18 мин она снизилась, от 0 до -2,5 °C, но затем продолжала падать быстрее. Когда тело летучей мыши охладилось до -4 °C, П. И. 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.

После этого опыта П. И. Бахметьев провел еще несколько экспериментов с летучими мышами, оказавшимися очень подходящим объектом, так как температура их тела и в природных условиях изменяется в широком диапазоне. Он был убежден, что подобным образом может добиться анабиотического состояния и у других видов млекопитающих, обладающих более совершенным физиологическим механизмом регулирования своей температуры тела. Известно, что у млекопитающих, которые не впадают в зимнюю спячку, температура тела даже после искусственного охлаждения не может сильно понижаться. П. И. Бахметьев, однако, возлагал надежды на открытие французского физиолога Дюбуа, который нашел способ частичного превращения млекопитающих из животных с постоянной температурой в животных с переменной температурой тела после вдыхания кислорода и углекислого газа. Дюбуа исходил из того обстоятельства, что во время зимней спячки в крови у спящих животных повышается содержание углекислого газа. Он давал кроликам (они не впадают в зимнюю спячку) вдыхать углекислый газ, смешанный с кислородом, и кролики впадали в продолжительный сон, как только температура их тела понижалась до +7 °C.

П. И. Бахметьев мечтал добиться анабиотического состояния у высших млекопитающих — людей.

К сожалению, в 1907 г. между Бахметьевым и другими профессорами и управой Софийского университета возникли разногласия и его вместе с многими другими преподавателями уволили; при этом П. И. Бахметьеву пришлось продолжать свою работу, испытывая значительные материальные затруднения. Благодаря его огромной известности во всем мире в 1913 г. П. И. Бахметьев был приглашен на работу в Россию, где ему предоставили средства для создания института при Московском университете для изучения явления анабиоза. В марте 1913 г. П. И. Бахметьев прибыл в Одессу, а оттуда в Москву. Он предпринял поездку по многим русским городам, читал лекции по интересующим его проблемам, и прежде всего по проблеме анабиоза. К сожалению, здоровье этого крупного ученого уже было серьезно подорвано. В октябре 1913 г. П. И. Бахметьев, считавший Болгарию своей второй родиной, умер, прожив лишь полгода в родной стране.

Работы П. И. Бахметьева по проблемам анабиоза, обобщенные в нескольких значительных трудах, приобрели широкую популярность; один из них был опубликован в «Известиях Российской Академии наук» в 1902 г.

Еще в тот период, когда П. И. Бахметьев активно работал над проблемами анабиоза у насекомых, Макфедайн и Роуланд (1900 г.) провели опыты по воздействию низких температур на культуры тифозных и кишечных бактерий, дифтерийных палочек, бацилл сибирской язвы, образующих споры вибрионов азиатской холеры, стафилококков, протея, молочнокислых бактерий и других микроорганизмов. Культуры микробов, выращенных в твердой и жидкой среде, выдерживали 20 ч при температуре — 182 °C, после чего их размораживали и исследовали. Было установлено, что ни одна микробная культура не потеряла своей первоначальной вирулентности т. е. при таком воздействии на микроорганизмы сверх низких температур они не погибали, а впадали в анабиотическое состояние. Больше того, опыты показали, что даже при температуре -252 °C получаются те же результаты.

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

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.

Советский ученый Э. Я. Граевский за период с 1946 по 1948 г. подверг воздействию сверхнизких температур (-172 °C) животные и растительные объекты, такие, как амебы, сперматозоиды (лягушек, крыс и собак), а также чешуйки лука и культуры микробов. Исследователь установил, что после воздействия низких температур сперматозоиды лягушек, чешуйки лука и культуры микробов сохраняли свою жизнеспособность. При очень низких температурах в клетках не образовывались кристаллы, так как их цитоплазма тотчас же переходила в аморфное состояние, минуя фазу кристаллизации благодаря мгновенному воздействию холода.

Интересные исследования над насекомыми при воздействии низких температур провел в 1955 г. советский ученый Л. К. Лозина-Лозинский. Проделанные им опыты показали, что при температуре -4,5 °C далеко не все жидкости тела насекомых затвердевают. Кроме того, некоторые, хотя и очень слабые, процессы обмена веществ продолжают осуществляться даже и при более низких температурах. До этого почти все исследователи утверждали, что организм насекомых не способен выдержать полного замораживания, чтобы затем снова вернуться к жизни. Это объясняли его сравнительно сложным устройством. Опыты Л. К. Лозина-Лозинского доказали, однако, что даже и среди таких сложно устроенных организмов, как насекомые, возможны исключения. Он исследовал гусеницы кукурузной моли. Они оказались весьма устойчивыми по отношению к низким температурам. Эти гусеницы проводят зиму в полом стебле кукурузы и в естественных условиях могут выдерживать очень низкие температуры. Ученый поместил гусениц в сосуд с твердой углекислотой при температуре -80 °C. Уже через 20 мин температура гусениц достигла -78,5 °C, они стали совсем твердыми и, падая сверху в фарфоровую чашку, издавали звон, как будто превратились в стеклянные шарики. После того как охлаждение было прекращено, гусениц положили на вату и начали постепенно обогревать. 50 % из них ожили. В другом опыте гусеницы находились несколько дней при температуре -30 °C, а затем одни сутки при температуре -80 °C. Часть из них тоже ожила. При таких низких температурах можно считать, что вся свободная вода в теле животных превратилась в лед. Едва ли можно предположить, что в них происходили какие-нибудь процессы обмена веществ. Однако этот вопрос нельзя считать вполне решенным, так как опытным путем было установлено, что у морозоустойчивых насекомых даже при температуре -20 °C совершается какой-то, хотя и очень слабый, газообмен.

Как видно из приведенного исторического обзора, изучение этого интересного биологического явления занимало умы многих ученых начиная с начала XVIII в. и до наших дней.

Сегодня известно, что многие растительные и животные организмы при неблагоприятных условиях (замороженные или высушенные) существенно замедляют или даже полностью прекращают обмен веществ[3], 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.

Что означают термины анабиоз, гипобиоз, диапауза, покой, гипотермия, гибернация, эстивация, летаргия, криобиология и криомедицина?

В своем эволюционном развитии многие растительные и животные организмы приобрели своеобразные механизмы приспособления, чтобы иметь возможность пережить неблагоприятные сезоны года. В эти периоды условия их жизни резко ухудшаются в связи с нехваткой пищи, исключительно низкими или высокими температурами, высокой влажностью или засухой и пр. Многие организмы погибли бы, если не обладали бы совершенными физиологическими механизмами приспособления. Речь идет о возможности впадать в состояние продолжительного бездействия и покоя, наблюдаемого у многих животных и растительных организмов. У различных видов это состояние осуществляется своеобразно, разными способами, в зависимости от степени эволюционного развития животного или растительного организма и обозначается разными наименованиями. Чтобы многие научные понятия стали ясными, остановимся на часто используемых в научной литературе терминах и соответствующих им синонимах в популярном изложении.

Как уже говорилось, первые исследователи этого загадочного для прошлых времен явления (Левенгук, Спалланцани и др.) использовали понятие «скрытая жизнь», «мнимая смерть», «вита минима» (минимальная жизнь), «оцепенение», «бессознательное состояние», «безжизненность», «асфиксия» и другие и они рассматривали состояние возвращения к жизни как воскрешение.

Позже, в 1873 г., немецкий ученый Прайер, изучая явления возвращения к жизни после высушивания коловраток, тихоходок и нематод, пришел к выводу, что все представления, трактующие явления оживления этих организмов и их состояние при высушивании, Не соответствовали действительности. Состояние высушивания этих микроорганизмов и их способность возвращаться к жизни Прайер предложил назвать анабиотическим, а само явление — анабиозом (от греческого ana — обратно и bios — жизнь), т. е. возвращение к жизни, оживание.

Прайер, однако, различал два противоположных состояния при отсутствии признаков жизни. Первое, когда живое существо хоть и находится в безжизненном состоянии, но способно вернуться к жизни (т. е. анабиотическое состояние): второе, когда живое существо в безжизненном состоянии не способно вернуться к жизни (т. е. мертвое состояние). Это разграничение является важным дополнением к понятию анабиоза, так как указывает, что речь идет не об оживлении после предшествовавшей смерти, а о временной приостановке процессов жизнедеятельности, т. е. о скрытых формах жизни.

Серьезную попытку систематизировать явления остановки и возвращения к жизни сделал в 1934 г. итальянский исследователь Монтероссо. Он сохранил название «анабиоз» только для явления высыхания организмов, в то время как для всех остальных явлений угнетения жизни он предложил новый термин — гипобиоз (hypobiosis — от греч. hypo — под, низко и bios — жизнь). К этой категории явлений, по его мнению, следовало отнести: 1) осмотический анабиоз; 2) замораживание; 3) зимнюю спячку; 4) инцистирование, 5) сон; 6) высушивание тканей; 7) оживление изолированных органов.

По мнению известного советского исследователя П. Ю. Шмидта, из перечисленных состояний следует исключить как совершенно неравнозначные остальным состояниям высушивание тканей и оживление изолированных органов, в связи с тем что первое является лишь частным случаем анабиоза при высушивании, доказывающим широкое распространение этого явления, а второе — вовсе не относится к явлению подавления жизнедеятельности, и можно считать, что это пример физиологической самостоятельности органов. Кроме того, П. Ю. Шмидт считал, что связь между остальными явлениями подавления жизнедеятельности и сном, как и его патологическими формами — гипнозом и каталепсией, является слабой. Как чисто биологическое приспособление к смене дня и ночи сон сопровождается торможением только высшей нервной деятельности. При этом отсутствуют моменты торможения и остановки процессов, связанных с обменом веществ, что характерно для других явлений анабиоза.

По мнению П. Ю. Шмидта, в своей основе явление анабиоза охватывает два основных состояния:

1) анабиоз при высушивании — непосредственное высыхание живых организмов. Тесно связан с этим явлением и осмотический анабиоз — этот своеобразный процесс обезвоживания животных организмов, обитающих в морской воде. В известной степени связана с анабиозом при высушивании и летняя спячка животных вследствие уменьшения количества воды в теле из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях;

2) анабиоз при замерзании — извлечение воды из живого организма вследствие его замерзания, сопровождающееся различными неблагоприятными изменениями при образовании льда.

К такому состоянию принадлежит явление зимней спячки у млекопитающих. При их высокой организации и постоянной температуре тела подавление жизнедеятельности у них более сложное, но все же его трудно резко разграничить с анабиозом при замерзании. По существу, по мнению П. Ю. Шмидта, между зимней спячкой и анабиозом разница скорее количественная, чем качественная.

С общебиологической точки зрения анабиоз представляет собой приобретенное в ходе эволюции физиологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям.

По мнению П. Ю. Шмидта, смерть данного организма не есть просто прекращение процессов жизнедеятельности. Смерть обусловливается разрушением механизмов жизнедеятельности с необратимыми изменениями живого вещества, переходящими в его распад и разложение. Если не наступили такие нарушения, если механизм жизни цел и невредим, возможно полное прекращение жизнедеятельности, которое вовсе не равнозначно смерти, и вполне возможно возвращение к жизни, если улучшатся условия.

Подтверждением этой его точки зрения является определение, которое всемирно известный советский академик Опарин дал в своем известном труде «Происхождение жизни»: «…во всех этих случаях, когда мы путем внешнего воздействия затрудняем деятельность ферментов (например, при высушивании семян или при глубоком охлаждении организмов), процессы жизнедеятельности исключительно сильно замедляются, и организм впадает в анабиотическое состояние или даже эти процессы полностью останавливаются и тогда наступает смерть».

Придерживаясь некоторых уже принятых в биологии понятий, П. Ю. Шмидт объединяет все явления более или менее значительного торможения и приостановления жизни (кроме сна и зимней спячки), сопровождающихся потерей воды, под общим названием анабиоз. Это наименование подчеркивает общую, самую существенную особенность всех явлений — способность сохранить жизнь, выходить из состояния заторможенности, оживать. По существу, к этой категории явлений относится и «скрытая смерть» семян, спор, цист и других живых объектов. В данном случае различие заключается в том, что при анабиозе торможение жизнедеятельности и ее почти полное прекращение входят в нормальный цикл жизни, прочно установленный и закрепленный эволюцией. Без них невозможно существование многих живых растительных и животных организмов.

Анабиоз — широко распространенное явление в животном мире. Например, у насекомых при отрицательных температурах весьма замедляется или практически останавливается все их развитие. Подобное анабиотическое состояние известно как диапауза, которая, по мнению Бей-Биенко (1980 г.), представляет собой состояние временного физиологического покоя и возникает в жизненном цикле насекомых как специальное приспособление, обеспечивающее возможность пережить неблагоприятные условия в областях с сезонным климатом.

Позже в биологической науке возникло понятие «гибернация» (от лат. hybernus — зима и hybernar — перезимовать), которое точно соответствует наименованию «зимняя спячка» у животных. С физиологической точки зрения так называется состояние оцепенения, сопровождающееся значительной заторможенностью ряда физиологических процессов в организме (частоты сердечных сокращений, ритма дыхания, обмена веществ, понижения температуры тела), но при продолжающемся контроле со стороны центров терморегуляции. Способность впадать в состояние оцепенения свойственна млекопитающим, например, однопроходным, сумчатым, насекомоядным, летучим мышам, неполнозубым, хищникам, грызунам, некоторым птицам и пресмыкающимся. Ученые различают

дневное оцепенение, в которое впадают, например, летучие мыши и колибри, и сезонное оцепенение, отличающееся от зимней (например, у грызунов, насекомоядных и др.) и летней спячки (например, у некоторых млекопитающих и рыб, обитающих в степях и пустынях), а также и непериодическое оцепенение — при резком наступлении неблагоприятных условий (например, у сусликов, енотовидных собак, некоторых видов ласточек). Но термин «гибернация», естественно, не может распространяться на состояние животных, впадающих в состояние летней спячки при неблагоприятных условиях жизни во время летней засухи.

Вот почему в науку было введено и понятие «эстивация» (от лат. aestas — лето), которое полностью соответствует названию «летняя спячка». Эстивацией можно назвать сонное, неактивное состояние некоторых животных при наступлении засухи, когда становится невозможным добывать пищу и воду. Так поступают улитки во время засухи, а также некоторые виды сусликов, которые в самые жаркие месяцы прячутся в свои подземные убежища, оставаясь там вялыми и неподвижными. Своеобразным рекордсменом продолжительности летней и зимней спячки является колумбийский суслик, впадающий в летнюю спячку в августе и остающийся неактивным на протяжении всей осени и зимы (гибернация); выходит он из норы только в мае следующего года. Что же это такое — зимняя или летняя спячка? И при каких обстоятельствах одно состояние переходит в другое? По существу, между ними нет резкого физиологического различия. Кроме того, многие зимоспящие животные (например, летучие мыши) могут впадать в торпидное состояние (о нем ниже) ежедневно, если при этом у них понижается температура тела и интенсивность обмена веществ. Таким образом, это физиологическое состояние вполне сходно с гибернацией, хотя продолжается не месяцами, а всего лишь несколько часов.

В связи с тем что нет точного определения этих состояний, их трудно разграничивать, и многие физиологи рассматривают гибернацию и оцепенение как единое физиологическое явление.

Следует считать ошибкой, когда в общедоступном изложении часто употребляется термин «летаргический сон» и это понятие распространяют на животных, впадающих в зимнюю и летнюю спячку. В медицинской литературе летаргией (от греч. lethargia — глубокий сон) и соответственно летаргическим сном называют состояние патологического (болезненного) сна у человека, неподдающегося насильственному прекращению. Вот почему этот термин вовсе не подходит для определения физиологических явлений в мире животных.

Продолжительное пребывание птиц при низких температурах ученые обозначают термином «гипотермия» (от греч. hypo — под, низкое и thermos — тепло, теплота), т. е. охлаждение. Тот же термин медики используют при искусственном охлаждении всего или части организма человека при сложных операциях (см. главу «Находит ли применение искусственное охлаждение в медицине?»). Состояние кратковременного оцепенения у птиц ученые называют торпидностью. Она наблюдается у только что вылупившихся птенцов некоторых видов, когда родители покидают их на несколько дней при неблагоприятных условиях (например, у черных стрижей). Под торпидным состоянием ученые подразумевают состояние временного оцепенения организма, при котором он слабо реагирует на внешние раздражители (например, шум или прикосновение).

Для растительных организмов используются понятия анабиоза и зимнего покоя; первое — в случаях, когда некоторые растения после высыхания при благоприятных условиях могут снова развиваться, а второе — при особом физиологическом состоянии растительных. организмов, при котором семена, почки (зародыши) предохраняются от преждевременного развития и гибели.

В последнее время возникло и бурно развивается новое направление в биологической науке — криобиология (от греч. kryos — холод, мороз, bios — жизнь и logos — наука), т. е. наука о жизни при охлаждении. Криобиология занимается исследованиями механизмов анабиоза при низких температурах и морозоустойчивостью различных видов растений и животных; генетическим и иммуногенетическим влиянием низких температур; повреждением и защитой клеток организма под действием холода; глубоким замораживанием мужских половых клеток (спермы) для сохранения их продолжительное время с целью последующего искусственного осеменения животных; глубоким замораживанием с учетом продолжительного сохранения тканей и органов для последующей пересадки (трансплантации).

В связи с этим возникло и новое направление криобиологии, названное криомедициной, объектом медицинского приложения которой является не только консервирование тканей и органов при низких температурах, но и искусственное охлаждение (гипотермия) организма человека при сложных операциях на сердце и кровеносных сосудах, в мозге и глазах, при котором резко понижается обмен веществ, движение крови значительно замедляется, а чувствительность исчезает.

Используя патенты живой природы и созданные ею на протяжении многовековой эволюции приспособления, помогающие организмам пережить неблагоприятные условия, человек все чаще начинает их применять в различных областях жизни. Криобиология и криомедицина — науки будущего, о них будут все чаще говорить и писать.

Почему в природе многие животные и растительные организмы впадают в различные состояния мнимой смерти?

Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как из-за низкой температуры, так и резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи; у других выработалось другое приспособление — миграция. Известны поразительно дальние перелеты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей мира животных. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления — способность впадать в безжизненное на первый взгляд состояние, которое у различных видов животных проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые не в состоянии обеспечить себя пищей зимой и для них существует опасность гибели от холода и голода. И все это, выработанное в процессе эволюции, подчинено строгой природной целесообразности — необходимости сохранить вид.

Зимняя спячка — широко распространенное явление в природе, несмотря на то что ее проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые еще и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой (гомойотермные), называемые теплокровными.

Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела — несколько видов птиц и многие виды млекопитающих.

Заглянем в бюро патентов природы

Как зимуют улитки?

Из типа мягкотелых (Mollusca) в зимнюю спячку впадают многие виды улиток (например, все наземные улитки). Встречающиеся в Болгарии садовые улитки (Helix pomatia и Н. lucorum) впадают в зимнюю спячку в октябре, и она длится до начала апреля. После долгого подготовительного периода, в течение которого они накапливают в своем организме необходимые питательные вещества, улитки находят или выкапывают норки, чтобы несколько особей могли вместе перезимовать глубоко под землей, где температура будет поддерживаться на уровне 7–8 °C. Хорошо закупорив норки, улитки спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх. Затем они закрывают это отверстие, выпуская слизистое вещество, которое вскоре затвердевает и становится эластичным (похожим на пленку). При значительном похолодании и недостатке питательных веществ в организме улитки зарываются еще глубже в землю и образуют еще одну пленку, таким образом создавая воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Установлено, что во время продолжительной зимовки улитки теряют более 20 % своего веса, причем самая большая потеря приходится на первые 25–30 дней (до 10 %). Это объясняется тем обстоятельством, что все процессы обмена веществ постепенно затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. Во время зимней спячки улитка не питается, сердечные сокращения крайне замедленны, дыхание почти прекращается. Весной, когда наступают первые теплые дни и температура почвы на глубине 5 — 10 см достигает 8 — 10 °C, когда начинает развиваться растительность и выпадают первые дожди, улитки вылезают из своих зимних убежищ. Тогда начинается интенсивная деятельность по восстановлению исчерпанных пищевых резервов в их организме; это выражается в поглощении огромного по сравнению с их телом количества пищи.

Водяные улитки прудовики тоже впадают в состояние зимней спячки — большинство из них зарывается в ил на дне водоема, в котором они обитают.

Где зимуют раки?

Всем известна популярная в народе угроза: «Я тебе покажу, где раки зимуют!» Предполагают, что эта поговорка появилась во времена крепостного права, когда помещики, наказывая провинившихся крепостных мужиков, заставляли их ловить раков зимой. Между тем известно, что это почти невозможно, так как раки зимуют, глубоко зарывшись в ямы на дне водоемов.

С точки зрения систематики класс ракообразных (Crustacea) подразделяется на два подкласса — высшие и низшие ракообразные.

Из высших ракообразных (Malacostraca) речной, болотный и озерный раки впадают в состояние зимней спячки, при этом обычно самцы зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки — в одиночку в норках, причем они еще в ноябре приклеивают к своим коротким ножкам оплодотворенные яйца (от 50 до 500 шт.), из которых лишь в июне вылупятся рачки величиной с муравья.

Из низших ракообразных (Entomostraca) интерес представляют водяные блохи (род Daphnia), которые откладывают в зависимости от условий два вида яиц — летние и зимние. Зимние яйца имеют прочную оболочку и образуются при наступлении неблагоприятных условий жизни. Они проходят в теле водяной блохи только самые первые стадии своего развития. После этого их развитие прекращается на некоторый период, который может длиться даже несколько месяцев. Для некоторых видов низших ракообразных высыхание и даже замерзание яиц являются необходимым условием для продолжения их развития.

Диапауза у насекомых

По многочисленности видов насекомые (класс Insecta) превосходят все остальные классы, вместе взятые. Их температура тела зависит от окружающей среды, оказывающей сильное воздействие на скорость жизненных процессов, причем низкие температуры в значительной степени уменьшают эту скорость. Например, установлено, что при температуре 0 °C дыхание подавляется, в то время как скорость окислительных процессов у большинства видов насекомых уменьшается приблизительно в 10–15 раз по сравнению со скоростью при 20 °C. При отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается все развитие насекомого. Это анабиотическое состояние, известное под названием «диапауза», представляет собой обратимую остановку процессов развития и вызывается внешними факторами. Диапауза наступает при возникновении неблагоприятных для жизни условий и продолжается всю зиму, пока с наступлением весны условия не станут более благоприятными. Некоторые виды насекомых способны переносить очень низкие температуры, например, гусеницы лугового мотылька переносят температуру до -30 °C.

Наступление зимнего сезона застает разные виды насекомых на различных стадиях их развития, в которых они и зимуют — в виде яиц, личинок, куколок или взрослых форм, но обычно каждый отдельный вид впадает в диапаузу на определенной стадии своего развития. Так, например, семиточечная божья коровка и малярийный комар зимуют во взрослом состоянии, а некоторые насекомые — на стадии куколки. Другие виды насекомых зимуют на стадии личинок, третьи — на стадии яиц. Некоторые, например домашние мухи, зимуют в форме личинок, куколок (в навозных кучах) и во взрослом состоянии.

Тли откладывают летом яйца, не защищенные прочной оболочкой, которые сразу же начинают развиваться партеногенетически (т. е. не будучи оплодотворенными). Это продолжается на протяжении нескольких поколений, развивающихся в течение летнего сезона и состоящих только из партеногенетических самок. Однако осенью появляются самки, откладывающие яйца только после оплодотворения их появившимися к этому времени самцами. Эти яйца имеют прочную скорлупу и приспособлены к тому, чтобы переносить неблагоприятный зимний сезон.

Характерно, что зимовке насекомых предшествует определенная физиологическая подготовка их организма, состоящая из накопления в их тканях свободного глицерина, который не допускает замерзания[4]. Это происходит на той стадии развития насекомого, в которой они будут зимовать. Такая подготовка необходима как для сильного замедления обмена веществ, так и прежде всего для обезвоживания организма (при замерзании воды кристаллы льда разрушили бы ткани и стали бы причиной смерти насекомого).

Еще с наступлением первых признаков похолодания осенью насекомые находят удобные убежища (под камнями, под корой деревьев, под опавшей листвой, в норках в почве и пр.), где после снегопада сохраняется умеренно низкая и равномерная температура.

Продолжительность диапаузы у насекомых находится в прямой зависимости от запасов жира в организме. У некоторых видов насекомых, у которых диапауза продолжается всю зиму, а также часть осени и весны, этот запас достигает более 18 % веса тела, в то время как у других (например, у медоносных пчел), он не превышает 1,5–2 %. Пчелы не впадают в продолжительную диапаузу, но все же при температуре от 0 до 6 °C оцепеневают и в этом состоянии могут находиться 7–8 дней. При более низкой температуре они погибают.

Интересно и то, как насекомые точно определяют момент, когда им следует выйти из анабиотического состояния. Известно, что для млекопитающих увеличение продолжительности дня весной и повышение температуры означает прекращение зимовки. Неизвестно, однако, на что именно реагируют насекомые. Два ученых из Корнуэльского университета (штат Нью-Йорк) поставили себе задачу изучить сезонную реакцию у двух видов насекомых из рода златоглазок (Chrysopa). Несмотря на то, что в природных условиях они выходят из диапаузы приблизительно в одно и то же время, эти виды по-разному реагировали на изменяющуюся продолжительность дня. Один из видов зеленых златоглазок вышел из состояния диапаузы вскоре после того, как их начали искусственно освещать в лаборатории. Продолжительность дневного света (12–14 ч) стимулировала переход из состояния личинки (диапауза) в состояние куколки. Это соответствовало продолжительности дня в марте, когда в естественных условиях диапауза завершается. Если продолжительность дня не достигала этого критического показателя, насекомые вообще не завершали диапаузу. Другой вид зеленых златоглазок реагировал совсем иначе, хотя конечный результат был тот же. Очевидно, второй вид не зависел от определенной продолжительности дня, чтобы выйти из диапаузы, но скорость, с которой он выходил из этого состояния, зависела от продолжительности дня. Насекомым, взятым из их естественной среды в конце декабря, понадобилось 90 дней, чтобы выйти из диапаузы в естественных условиях. При постоянном режиме — 12 ч дневного света и 12 ч темноты — им оказались необходимы 78 дней; при 13 ч дневного света и 11 ч темноты — понадобилось почти 22 дня; при 14 ч света и 10 ч темноты — 17 дней. Когда же продолжительность дня увеличивали до 15 ч, насекомые выходили из диапаузы уже через 14 дней. Мнение ученых свелось к тому, что в естественных условиях диапауза завершается постепенно с нарастанием продолжительности дня в конце зимы и насекомые становятся снова вполне активными ранней весной.

Советский ученый Н. И. Калабухов исследовал анабиоз у некоторых видов бабочек. Он установил, что продолжительность диапаузы у отдельных видов различная. Например, бабочка павлиний глаз пребывала в состоянии анабиоза 166 дней при температуре 5,9 °C, в то время как тутовому шелкопряду понадобилось 193 дня при температуре 8,6 °C. По мнению ученого, даже различия в географическом районе оказывают влияние на продолжительность диапаузы.

Впадают ли в зимнюю спячку рыбы?

Своеобразным путем приспосабливаются к низким температурам воды зимой и некоторые виды обширного класса рыб (Pisces). Обычная температура тела у рыб непостоянна и соответствует температуре воды или слегка ее превышает (на 0,5–1 °C). При внезапном резком понижении температуры воды рыбы впадают в шоковое состояние. После краткой фазы возбуждения они

перестают дышать, плавать и выглядят как мертвые. Достаточно, однако, чтобы вода потеплела, и они быстро «оживают».

Значительное уменьшение обмена веществ у рыб при понижении температуры воды издавна привлекало внимание ученых. Установлено, что некоторые виды рыб оживают после того, как их заморозили, тогда как другие виды погибают еще до того, как температура воды достигла точки замерзания. Описаны случаи замерзания некоторых видов колюшек, на которых проводились опыты. Лед разбил сосуд, в котором находились рыбы, но после размораживания они продолжали плавать, словно ничего и не случилось.

Опыты показали, что замороженные рыбы оживают лишь в тех случаях, когда не замерзли их кровеносные сосуды. Особенно много в этой области работал советский ихтиолог Бородин. В результате ряда исследований он пришел к заключению, что если рыбы замерзнут в воде, то они безвозвратно погибнут. При замораживании на воздухе они могут ожить, но лишь в том случае, если замораживание распространяется только на их поверхностные ткани. Губительным для рыб оказалось не само охлаждение, а образование в их крови и тканях кристалликов льда, повреждающих стенки кровеносных сосудов. Другие исследования показали, что если рыба замерзает на воздухе, то она может известное время жить за счет запасов кислорода в своем плавательном пузыре. Доказано, что предположение о том, что замерзшие рыбы дышат с помощью жабр, лишено оснований.

Интересна приспособляемость к замерзанию у так называемой черной рыбы (Dallia pectoralis). Эта одна из самых выносливых к холоду рыб обитает в холодных водоемах полуострова Чукотка (в реках, озерах и торфяных болотах) и Аляски. Суровый здешний климат позволяет льдам таять только в летние месяцы, которые рыба использует для размножения. В остальной период года рыбы зарываются и вмерзают в ил. Если температура жидкостей в их теле не падает ниже -0,3 °C, то при медленном размораживании они оживают. Если же кровь замерзает, то рыбы погибают. Замороженные в период зимней спячки, они могут оставаться в этом состоянии месяцы подряд до наступления их оживления на короткий летний сезон. Любопытно, что зачастую местное население использует эту рыбу как корм для собак. Рассказывают, что если собака проглотит замороженную рыбу целиком, то вскоре после этого она в желудке размораживается и начинает сильно раздражать его. В таких случаях собака обычно отрыгивает рыбу, и если она попадает в воду, то тут же невозмутимо уплывает.

Оригинально приспосабливаются к низким температурам воды зимой некоторые рыбы, обитающие в северной части Атлантического океана и в арктических водах: они изменяют состав своей крови. С понижением температуры воды осенью в их крови скапливаются соли в такой концентрации, какая характерна для морской воды, а при этом кровь замерзает с трудом (своеобразный антифриз)[5].

Из пресноводных рыб еще в ноябре в зимнюю спячку впадают карп, ерш, окунь, сом и другие. Когда температура воды падает ниже 8 — 10 °C, эти рыбы переходят в более глубокие части водоемов, в так называемые зимовочные ямы, зарываются большими группами в ил и остаются там в состоянии зимней спячки на протяжении всей зимы. Установлено, что в этом состоянии у карпа сердцебиение замедляется: вместо нормальных 25–30 ударов 2–3 удара в минуту, а дыхание замедляется до 3–4 вздохов в минуту. Интересное приспособление имеется у осетра, стерляди и белуги, тело которых при наступлении сильных холодов обволакивается слизью, предохраняющей его от неблагоприятного воздействия окружающей среды и холода, и они впадают в зимнюю спячку. Некоторые виды растительноядных рыб (белый амур, толстолобик) тоже зимуют группами, покрытые толстым слоем слизи.

Некоторые морские рыбы тоже переносят сильные холода в состоянии зимней спячки. Так, например, сельдь уже осенью приближается к побережью Ледовитого океана, чтобы впасть в состояние зимней спячки на дне какого-нибудь небольшого заливчика. Черноморская хамса тоже зимует в южных районах моря — у берегов Грузии и соседнего берега Малой Азии на глубине 70–80 м, и в это время она слабо активна и пищу не потребляет. А азовская хамса перед наступлением зимнего периода мигрирует в Черное море (вдоль Северного побережья Кавказа), где и собирается в группы на глубине 70 — 150 м в сравнительно малоподвижном состоянии.

Зимняя спячка у рыб характеризуется крайне ограниченной их активностью, полным прекращением или резким сокращением питания и резким уменьшением интенсивности обмена веществ. В это время их организм поддерживается за счет запасов питательных веществ, накопленных благодаря обильному питанию в осенний период.

Зимняя спячка земноводных

По образу жизни и устройству класс земноводных (Amphibia) является переходным между типично водными позвоночными (рыбы) и типично наземными животными. Известно, что различные виды лягушек, тритонов, саламандр и других, населяющих страны с умеренным климатом, тоже проводят неблагоприятный зимний сезон в состоянии гибернации, или, точнее, оцепенения, так как это животные с непостоянной температурой тела, которая зависит от температуры окружающей среды.

Так, например, в Болгарии, лягушки активны только в теплые месяцы, а с наступлением суровых зимних условий впадают в состояние зимней спячки. К зиме они готовятся заранее. Еще летом накапливают запасы питательных веществ в своем организме, а осенью при понижении средней дневной температуры до 8 — 12 °C, а ночной до 3–5 °C отправляются к местам будущей зимовки. Иногда они преодолевают несколько километров. При дальнейшем похолодании они скрываются в свои зимние убежища и впадают в состояние оцепенения, при котором жизненные процессы в их организме крайне замедляются. Например, потребление кислорода понижается в 2–3 раза. Поэтому они расходуют накопленные летом питательные вещества постепенно, но все же (хотя и исключительно медленно) земноводные растут и их половые клетки созревают.

Одна часть земноводных зимует под водой, а другая — на суше. По данным болгарского герпетолога Вл. Бешкова, под водой зимуют озерная лягушка (Rana ridibunda), травяная лягушка (Rana temporaria), прыткая лягушка (Rana dalmatina), греческая длинноногая лягушка (Rana graeca), а на суше зимуют саламандры (Salamandra salamandra), зеленая (Bufo viridis) и серая жаба (Bufo bufo), обыкновенная квакша (Hyla arborea), чесночницы (Pelobates fuscus и Р. syriacus), желтобрюхая жерлянка (Bombina variegata). Согласно Вл. Бешкову, в Средней Европе и на Русской равнине тритоны зимуют на суше, тогда как в Болгарии взрослые экземпляры обычных тритонов (Triturus vulgaris) и гребенчатых тритонов (Triturus cristatus) зимуют под водой, а на суше остаются молодые тритоны, прошедшие недавно стадию метаморфоза. Саламандры впадают в зимнюю спячку примерно во второй половине ноября. Они зимуют большими группами у подножий обрывов, в расщелинах скал и между корнями деревьев, в норах, вырытых животными. В подобных укрытиях зимуют также зеленая и серая жабы, желтобрюхая жерлянка, лягушка-чесночница. Обычно зимующие в воде земноводные предпочитают быстротекущие, незамерзающие реки и ручьи, каналы и озера с вливающимися в них реками, протоки и др., т. е. выбирают водоемы, в которых вода богата кислородом. В период зимней спячки у земноводных резко увеличивается диаметр кровеносных сосудов в коже, через которые в воде осуществляется дыхание. Земноводные, предпочитающие зимовать на суше, устраиваются в норах, вырытых животными, под толстым слоем листьев, мха и т. п. Некоторые виды способны даже зарываться в землю.

Установлено, что зимняя спячка лягушек продолжается от 130 до 230 дней и ее продолжительность зависит от продолжительности зимы и от степени теплолюбивости и морозоустойчивости различных видов.

В водоемах, чтобы перезимовать, лягушки собираются группами по 10–20 экземпляров (иногда до 100) различного пола и возраста, а иногда и различного вида и зарываются в ил или в подводные впадины и другие пустоты. Установлено, что при групповой зимовке лягушек уровень обмена веществ у них почти на 40 % ниже, чем у зимующих в одиночку. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу, их пульс замедляется, причем сон у них неглубокий, и при неблагоприятных условиях они могут переместиться в другое место в том же водоеме.

Зимняя спячка у земноводных не отличается покоем и безопасностью — скорее она для них одно из серьезных испытаний. В больших реках они нередко становятся

жертвами крупных хищных рыб. Но самая значительная опасность таится в замерзании зимующих на суше (а иногда и в воде) или в их гибели в водоемах из-за недостатка кислорода. При очень суровых зимах наблюдается массовая гибель земноводных, особенно когда водоемы, в которых они зимуют, промерзают до самого дна. Уцелевшие земноводные весной, преодолев неблагоприятные жизненные условия, выходят из состояния зимней спячки, и жизнь пробуждается заново.

Особый интерес представляют сообщения советских источников о зимовке тритонов. Неоднократно во время изыскательских работ в Северной Сибири геологи, почвоведы и строители находили тритонов, вмерзших в выкопанные ледяные блоки. Очень часто случалось так, что замерзшие, оцепеневшие животные после того, как они оттаяли и были выпущены в подогретую воду, оживали. Этот факт уже не подлежит сомнению. Предметом споров среди ученых остается вопрос: на сколько времени может быть сохранена жизнь замерзших земноводных. В 1956 г. горнопроходческая геологическая бригада при изыскательских работах в Магаданской области нашла на 14-метровой глубине тритона. Когда после работы бригада вернулась в палатку с находкой и затопили печку, замерзшее животное постепенно разморозилось и зашевелилось. Тритона поместили в стеклянную банку с водой, и он начал двигаться. Его жизнь продолжалась целых 12 часов. Некоторые журналисты поторопились объявить это большой сенсацией: якобы найден ископаемый тритон, который, пробыв в состоянии анабиоза почти два миллиона лет, снова ожил. Это сообщение достигло даже зарубежных средств массовой информации. Разумеется, советские зоологи позже опровергли это «утверждение», установив, что речь идет не об ископаемом, а о современном виде — сибирском углозубе (Hynobius keyserlingi), обитающем на огромной территории — от Камчатки и Сахалина и до Урала. Это единственное хвостатое земноводное к северу от полярного круга.

Даже при 0 °C сибирский углозуб еще может двигаться, тогда как другие земноводные при температуре 6–8 °C уже впадают в оцепенение, а при температуре ниже нуля погибают[6].

Зимой тритоны обычно устраиваются под теплыми прогнившими пнями и стволами упавших деревьев. Если они не находят поблизости таких удобных квартир, то удовлетворяются трещинами в почве. Весной зачастую прогнившие пни заливает водой и размытой глиной, и при понижении температуры тритоны иногда вмерзают в воду и глину. Именно подобные «ископаемые» земноводные и вводят в заблуждение обнаруживших их людей.

По мнению советского ученого профессора А. Г. Банникова, несмотря на резкое понижение процессов жизнедеятельности у этих земноводных во время оцепенения, жизнь в них все-таки не прекращается и расход энергии продолжается. Например, у обыкновенного тритона и некоторых видов лягушек (травяной лягушки и др.), находящихся в состоянии оцепенения, истощение и гибель наступают через 2–3 года. Если допустить, что сибирский углозуб может прожить в 10 раз дольше (что, впрочем, маловероятно), все-таки оцепенение не может длиться тысячелетиями.

Во время исследовательских работ экспедиции на севере Чукотского национального округа экскаватор извлек из 11-метровой глубины кусок вечного льда, в который вмерзло тело оцепеневшего сибирского углозуба. После того как лед растопили и воду подогрели, углозуб ожил. Он поедал мух и пауков — пищу, предложенную ему геологами. Не отказался углозуб и от «деликатесов» — живых мелких аквариумных рыбок. Решили установить точно его возраст с помощью радиоуглеродного метода, используемого для определения возраста геологических объектов. Для контроля были взяты пойманный в Приморье сибирский углозуб и его местный родственник — гребенчатый тритон. Исследования киевских ученых показали, что возраст сибирского углозуба из вечной мерзлоты находится в пределах от 75 до 105 лет, а контрольные земноводные оказались во много раз моложе.

Пресмыкающиеся тоже впадают в зимнюю спячку

Из класса пресмыкающихся (Reptilia) почти все виды нашей фауны зимой впадают в состояние зимней спячки. Низкие зимние температуры — основная причина этого явления. Например, если взять даже летом какую-нибудь змею и поместить ее на несколько часов в холодильник, она становится вялой, неактивной, и с ней можно обращаться, как с куском веревки.

Зимние квартиры змей — это обычно подземные пещеры и пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, щели в скалах и других местах, которые недоступны их врагам. В таких укрытиях собирается большое число змей, даже различных видов, образуя огромные змеиные клубки. В них иногда можно насчитать от десятков до сотен змей, что и привело к ошибочному мнению, будто змеи собираются в клубки, чтобы согреться. Между тем установлено, что температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды, а то, что они в таком большом количестве собираются вместе, обусловливается нехваткой подходящих для зимовки убежищ. Подтверждением этого факта служит то, что некоторые змеиные «квартиры» использовались для зимовки подряд целыми десятилетиями.

Зимняя спячка пресмыкающихся в самых северных областях их распространения может продолжаться до 7–8 месяцев. Южнее их зимняя спячка короче, причем в теплые солнечные дни даже зимой они просыпаются, выползают из своих нор и греются на солнце. Однако в холодное время они находятся в состоянии оцепенения, когда все процессы жизнедеятельности у них предельно заторможены.

Большинство встречающихся в Болгарии видов ящериц (луговая, полосатая, зеленая, лесная, коротконогая, крымская, веретеница) тоже впадают в зимнюю спячку, зарывшись в почву, в норах, которым не угрожает наводнение, чаще всего на крутых сухих склонах. Македонские и стенные ящерицы находят убежище в трещинах скал. В теплые солнечные дни зимой ящерицы могут «пробуждаться» и выползать из своих зимних убежищ на несколько часов, чтобы поохотиться, после чего снова прячутся в свои норки, впадая в состояние оцепенения. Часто в одной норе собирается вместе несколько особей.

Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоемов, в которых они обитают, в то время как сухопутные забираются на глубину до 0,5 м в почву в какие-нибудь естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов и других, закрываясь торфом, мхом и влажными листьями.

Подготовка к зимовке начинается еще в октябре, когда черепахи накапливают жир. Весной при временном потеплении они просыпаются, иногда на целую неделю.

Есть ли птицы, впадающие в зимнюю спячку?

Итак, мы выяснили, что большинство животных с непостоянной температурой тела, которая зависит от окружающей среды, впадают в состояние зимней спячки. Но удивительно, что и многие животные с постоянной температурой тела, например птицы, тоже могут впадать в зимнюю спячку в течение неблагоприятных сезонов года. Известно, что большая часть птиц избегает неблагоприятных зимних условий путем перелетов. Но еще Аристотель (384–322 гг. до н. э.) в своей многотомной «Истории животных» обратил внимание на тот факт, что «часть птиц улетает, чтобы перезимовать в теплых странах, а другие укрываются в разных убежищах, где впадают в зимнюю спячку».

К этому выводу пришел и крупный шведский естествоиспытатель Карл Линней, который в своем труде «Система природы» (1735 г.) писал: «Осенью, когда начинается похолодание, ласточки, не находя достаточно насекомых для пропитания, начинают искать убежище для зимовки в зарослях тростника вдоль берегов озер и рек».

Долгое время утверждения Аристотеля и Линнея отвергались орнитологами, ссылавшимися на известный факт, что часть птиц мигрирует в теплые страны, тогда как немигрирующие активны и зимой, а птиц, впадающих в зимнюю спячку, вопреки утверждению многих, наука не знает. Только после того как в 1937 г. американские ученые обнаружили в щели скалы в состоянии зимней спячки козодоя (Phalaenoptilus nuttalii), стало ясно, что и некоторые виды птиц могут впадать в подобное состояние в неблагоприятные сезоны года. Оба ученых провели более углубленные исследования и установили, что, прежде чем впасть в зимнюю спячку, этот вид птиц теряет значительную часть своего веса, и в определенный момент в результате такого истощения включается механизм перехода в состояние оцепенения. В этом состоянии обмен веществ резко понижается, потребность в кислороде сокращается почти в 30 раз, а температура тела от 40–41 °C опускается до 18–19 °C и даже ниже. Птицы впадали в оцепенение, продолжавшееся около 3 месяцев, и создавалось впечатление, что они мертвы. Было установлено, что во время зимней спячки козодой весом 40 г расходовал 0,15 мл кислорода на 1 г веса за час, тогда как в обычном состоянии — 2,7 мл. Те же ученые окольцевали одну из этих птиц, и в последующие годы выяснилось, что она всегда зимовала на одном и том же месте на протяжении 4 лет.

Позже было установлено, что и другой ее родственник — малый козодой (Chordeilis minor), обитающий тоже в Северной Америке и на Антильских островах, впадает в состояние зимней спячки. В Дании обнаружили в том же состоянии при температуре воздуха 0 °C европейского обыкновенного козодоя (Caprimutgus europeus). Проведенные с ним опыты показали, что при искусственном понижении температуры воздуха до 4 °C птица впадала в оцепенение, причем температура ее тела падала с 37–40 °C до 16–17 °C, а частота дыхания — с 50–70 до нескольких в минуту. Существуют наблюдения, что и некоторые виды ласточек (деревенская и скалистая) тоже зимой впадают в зимнюю спячку.

Состояние кратковременного оцепенения, которое ученые называют торпидностью, наблюдалось у только что вылупившихся птенцов черного стрижа (Apus apus), которые впадают в это состояние, когда родители покидают их на несколько дней при неблагоприятных условиях (например, во время приближающегося циклона). В состоянии оцепенения температура тела этих птенцов с 39 °C падала до 20 °C и даже ниже, пульс и дыхание замедлялись, и в подобном состоянии они выдерживали 7 — 12 дней. Появившись снова, родители отогревали их своими телами, и птенцы возвращались к жизни. В благоприятное время года молодые стрижи вылетали из гнезда через 33–35 дней, а в неблагоприятные, когда они впадали в состояние оцепенения, им были необходимы 40–50 дней.

Издавна известно, что в подобное торпидное состояние впадают и птенцы некоторых видов колибри, если мать, улетев за пищей, задержится более чем на десяток минут (у колибри только самки выкармливают потомство). После ее возвращения, согретые материнским теплом, они возвращаются к жизни. Установлено, что взрослые колибри нескольких видов (Calypte costae, С. anna, Eugenes Lampornis), обитающих на Американском континенте, также способны впадать в состояние оцепенения в особенно холодные ночи, когда их температура тела понижается до 8,8 °C.

Доказано, что вес различных видов колибри колеблется от 1,7 до 19,1 г, а потребность в кислороде у мелких экземпляров в состоянии покоя — 11–16 мл на 1 г веса за час, во время полета — 70–85 мл, а в состоянии оцепенения только 0,17 мл. Расход энергии у колибри высокий, и существует опасность, что колибри с температурой тела 44 °C не смогут выдержать без нищи того периода, когда они спят, так как им не хватит энергетических запасов. При подобном положении их организм при чрезмерном охлаждении от истощения ночью лишится возможности снова согреться в начале своей активной фазы. Между тем, как известно, ночи на южно- и центральноамериканских высоких плато, где обитают колибри, холодные. Вот почему колибри обладают защитным механизмом — впадают ночью в торпидное состояние, причем температура их тела сравнивается с температурой окружающей среды; таким образом, они не отдают свою теплоту и сохраняют энергию, которая не расходуется для образования тепла в организме. В этом случае действует закон голландского физиолога Ван Гофа, отражающий связь между скоростью реакций химических процессов и температурой (если температура тела понизится на 10 °C, процессы обмена начнут протекать медленнее почти в 3 раза). Так что если температура тела колибри понизится с 44 °C до 34 °C, это приведет к трехкратному сокращению обмена веществ и соответственно к значительному сохранению энергии.

Подобная регуляция температуры тела во время оцепенения была обнаружена и у пурпурной колибри (Eulampis jugularis), которая, как и другие колибри, легко впадает в торпидное состояние. В состоянии оцепенения температура тела этого вида колибри обычно близка к температуре воздуха, но, если последняя падает ниже 18 °C, температура тела птицы больше не понижается и остается на уровне 18–20 °C.

Оцепенение, в которое впадают некоторые виды птиц, значительно отличается от зимней спячки, свойственной многим млекопитающим. Прежде всего организм птиц не только не накапливает энергетических запасов в виде жира, но, наоборот, расходует значительную их часть. В то время как млекопитающие впадают в зимнюю спячку, заметно прибавив в весе, птицы перед оцепенением сильно худеют. Вот почему явление оцепенения у птиц, как считает советский биолог Р. Потапов, должно называться не зимней спячкой, а гипотермией.

До сих пор механизм гипотермии у птиц до конца не изучен.

Интересно, что все птицы, способные впадать в состояние оцепенения, в систематическом отношении являются между собой близкими родственниками и обладают общими физиолого-экологическими особенностями. Впадание этих птиц в состояние оцепенения при неблагоприятных условиях жизни представляет собой приспособительную физиологическую реакцию, закрепившуюся в процессе эволюции.

Какие млекопитающие впадают в зимнюю спячку?

Как у тех животных, о которых мы рассказывали до сих пор, так и у млекопитающих зимняя спячка — это биологическое приспособление для переживания неблагоприятного сезона года. Несмотря на то, что животные с постоянной температурой тела обычно переносят условия холодного климата, недостаток подходящей пищи зимой стал причиной приобретения и постепенного закрепления в процессе эволюции некоторыми из них этого своеобразного инстинкта — проведения неблагоприятного зимнего сезона в неактивном состоянии зимней спячки.

По степени оцепенения многие ученые различают три типа зимней спячки:

1) легкий (факультативный), выражающийся в легком оцепенении, которое легко прекращается (еноты, барсуки, медведи, енотовидные собаки);

2) периодически прекращающаяся зимняя спячка, характеризующаяся полным оцепенением, сопровождающимся пробуждением только в более теплые зимние дни (хомяки, бурундуки, длинноухие ночницы — летучие мыши);

3) настоящая непрекращающаяся зимняя спячка, представляющая собой стабильное, продолжительное оцепенение (суслики, ежи, сурки, тушканчики, сони и большинство видов летучих мышей)[7].

Прежде считали, что зимняя спячка и оцепенение возникают в результате несовершенства терморегуляционной системы млекопитающих в условиях похолодания, что таким способом выражается определенная «примитивность» в организации и дефекты механизмов физиологического контроля. В последнее время тщательные исследования многих ученых из различных стран показали, что зимнюю спячку не следует объяснять недостаточностью терморегуляции, наоборот, это превосходно отрегулированное физиологическое состояние. Следовательно, сходство между находящимися в состоянии зимней спячки млекопитающими с постоянной температурой тела и животными с непостоянной температурой тела (например, лягушками или ящерицами) лишь кажущееся.

Чтобы зимоспящие млекопитающие впадали в состояние гибернации, необходимы многие внешние и внутренние факторы. Наравне с внешними факторами (температура, свет, наличие пищи и др.) на наступление зимней спячки оказывает влияние ряд внутренних (терморегуляция, эндокринная и нервная деятельность и др.). В природе основными стимулами для впадания в состояние зимней спячки являются понижение температуры и уменьшение продолжительности дня. В процессе эволюции эти факторы утвердились в качестве надежного сигнала, свидетельствующего о приближении неблагоприятных зимних дней, лишающих животных пищи. Однако недостаток пищи не всегда служит основной причиной впадания в состояние зимней спячки. В климатических условиях с резко разграниченными зимними и летними периодами зимняя спячка протекает с точностью, характерной для природных явлений, но в географических районах с менее резкими различиями между летом и зимой она наступает в разное время и зависит преимущественно от степени похолодания.

Зимней спячке млекопитающих предшествует определенная физиологическая подготовка организма. Она состоит прежде всего в накоплении запасов жира, главным образом под кожей, в полостях тела, на всей протяженности кишок, в грудной области (бурая жировая ткань). У некоторых спящих зимой млекопитающих подкожный жир достигает 25 % общей массы тела. Например, все виды сусликов еще в начале осени толстеют и усиленно синтезируют углеводы, увеличивая вес своего тела втрое по сравнению с весенне-летним весом. У сурка (Marmota bobac) вес подкожного и внутреннего жира в июне составляет 10–15 г, в июле — 250–300 г, а в конце августа — 750–800 г. Барсук (Meles meles) накапливает до нескольких килограммов жира. Большие запасы подкожного жира накапливают и представители семейства сонь (Myoxidae) — садовые, лесные, мышевидные и орешниковые. Особенно заметно толстеет соня-полчок (Glis glis). В Древнем Риме сонь ловили сразу же после того, как они впадали в зимнюю спячку, когда они наиболее жирные. Запеченные, они представляли собой желанный деликатес для трапезы знатных римских патрициев.

Перед зимней спячкой значительно толстеют и ежи, и бурые медведи, а также и все летучие мыши.

Другие млекопитающие, например хомяки (Cricetus cricetus и Mesocricetus auratus) и бурундуки (Tamias sibiricus), не накапливают больших запасов жира, а делают запасы пищи в своем убежище, чтобы пользоваться ими в периоды своего краткого пробуждения зимой.

Во время зимней спячки все виды млекопитающих лежат неподвижно в своих норах, свернувшись в клубок. Так лучше всего сохранить тепло и ограничить теплообмен с окружающей средой. Зимние квартиры многих млекопитающих — это естественные пустоты стеблей и дупла деревьев.

Мышевидная соня зимует в выкопанной ею норке в земле, а лесная соня — не только в дуплах, но и в трещинах скал. Другие зимоспящие животные, например летучие мыши, проводят период гибернации чаще всего в пещерах, на необитаемых чердаках и в помещениях; они засыпают многочисленными колониями, повиснув головой вниз. Третьи, например суслики, сурки и другие, предварительно выкапывают в земле норы, где и проводят период зимней спячки. Бурундук тоже выкапывает норы из двух камер (одна из них служит складом, а другая — жильем). Сурок выкапывает норы с пятью-шестью выходами, которые перед зимней спячкой заделывает изнутри землей.

Из насекомоядных млекопитающих еж, готовясь к зимней спячке, собирает в укромном месте мох, листья, сено и устраивает себе гнездо. Но «поселяется» в своем новом доме лишь тогда, когда температура долгое время удерживается ниже 10 °C. Перед этим он обильно питается, чтобы накопить энергию в виде жира. Еж — один из немногих животных, которые месяцами не прерывают свою зимнюю спячку, если их спокойствие не будет нарушено сильными внешними раздражителями[8].

Среди грызунов, распространенных в наших географических широтах, существует несколько видов, впадающих в зимнюю спячку, — обыкновенный хомяк, суслик, соня-полчок (Glis glis), садовая соня (Elomys quercinus), орешниковая соня (Muscardinus avellanarius) и мышевидная соня (Myomimus personatus). Эти 4 вида сонь не запасаются дополнительной пищей потому, что периоды их спячки длятся очень долго, а расход энергии ничтожен.

В то время как соня-полчок, садовая и мышевидная сони проводят зимнюю спячку в одиночестве в своем зимнем убежище, в гнезде орешниковой сони иногда можно обнаружить несколько впавших в состояние гибернации экземпляров.

Обыкновенный хомяк (Cricetus cricetus) принадлежит к числу животных, которые часто пробуждаются и потому нуждаются в большом количестве энергии. Накопленного осенью жира, иногда достигающего 40 % их веса, оказывается недостаточно. Вот почему хомяк вынужден запасаться продуктами питания, количество которых достигает 5 — 10 кг. Всякий раз, когда он просыпается, он уничтожает часть из этих запасов и таким образом поддерживает свои энергетические резервы. Хомяк живет в норе, выкопанной в земле. Каждую осень животное достраивает свое убежище на глубине до 2 м. Собирая листья и стебли растений, он готовит себе теплое гнездо. Прежде чем впасть в зимнюю спячку, он закупоривает землей все выходы из своего убежища. Таким образом он не только изолируется от холода, но и защищается от своих врагов — хорьков и горностаев.

В зимнюю спячку впадает и его родственник — сирийский золотистый хомяк (Mesocricetus auratus). Вот уже несколько десятилетий его искусственно разводят и используют как лабораторное животное. В лабораторных условиях при постоянной температуре 20–22 °C золотистый хомяк почти потерял свою способность впадать в состояние зимней спячки, тогда как в природе он пребывает в состоянии гибернации почти всю зиму. Однако наши наблюдения показывают, что в лабораторных условиях при понижении температуры до 9 °C и уменьшении светового дня он впадает в зимнюю спячку даже при наличии пищи в клетке.

В результате наших наблюдений над сусликами, пойманными в природе и содержащимися в виварии, установлено более позднее наступление зимней спячки (к концу ноября) и более раннее пробуждение — еще в середине февраля (в природе суслики находятся в состоянии гибернации от сентября до середины марта). Причиной этого является значительно более высокая температура (12–16 °C) в помещениях по сравнению с температурой в природных условиях. Но помещенные в холодильник, где температура 6–9 °C, суслики засыпали беспробудно, впадали в полное оцепенение до момента, когда их извлекали из камеры и переносили в помещение с более высокой температурой (даже до конца апреля). Просыпались они сильно истощенными, так как все накопленные энергетические запасы были израсходованы. У сусликов, содержащихся в течение второго и третьего года жизни в лабораторных условиях при постоянной температуре 20–22 °C, мы наблюдали, что некоторые из них не впадали в зимнюю спячку, а остальные впадали, но ее продолжительность была значительно сокращена. Это объясняется изменением условий (постоянная температура и обеспеченность пищей), благодаря чему постепенно начинают изменяться и наследственно приобретенные поведенческие реакции.

В состояние гибернации впадают почти все виды летучих мышей. Еще в конце лета и начале осени они накапливают много жиров и гликогена. Зимуют они чаще всего колониями от десятка до сотен и тысяч экземпляров. Их зимняя спячка отличается от спячки упомянутых уже видов животных. Летучие мыши не устраивают специальные гнезда, а зимуют в защищенных от холода местах — в пещерах или дуплах, старых штольнях шахт или на чердаках домов. Животные висят на стенах и чердаках головой вниз, плотно прижавшись друг к другу. Боясь отморозить некоторые части тела, например большие уши у некоторых видов, они свертывают их и накрывают крыльями. Другие виды летучих мышей накрывают крыльями все тело, словно пелериной. Воздух между телом и летательными перепонками служит своеобразным изолятором и уменьшает потерю тепла. Установлено, что во время зимней спячки летучие мыши часто просыпаются, чтобы переменить место своего «жительства», если оно окажется влажным, холодным или расположено на сквозняке. Это доказано с помощью маркировки находящихся в состоянии гибернации летучих мышей. Во время зимней спячки летучие мыши не потребляют пищу и живут только за счет накопленных резервов (жиров, достигающих 15–20 % их массы).

Несмотря на то что в природных условиях некоторые виды летучих мышей впадают в зимнюю спячку, а другие — нет, установлено, что их реакция на понижение температуры воздуха одинакова. У видов, сохраняющих нормальную температуру тела при похолодании, наблюдаются изменения, типичные для теплокровных животных. Одновременно с понижением температуры воздуха увеличивается потребление кислорода, что является отражением нарастающих потребностей в энергии для поддержания температуры тела. Но для летучих мышей, впадающих в состояние оцепенения, характерна низкая интенсивность обмена веществ. Например, находящиеся в состоянии оцепенения при 15 °C летучие мыши потребляют в 40 раз меньше кислорода, чем в активном состоянии, и соответствующих запасов жира им может хватить на период времени, в 40 раз больший.

Экономию энергии при переходе в состояние оцепенения анализировал в своих исследованиях американский ученый Тейкер в 1965–1966 гг. Потребление кислорода в период зимней спячки определяется сравнительно легко, но нужно иметь в виду и количество энергии, необходимой для того, чтобы тело согрелось при выходе из этого состояния. Ученый исследовал калифорнийского мешетчатого прыгуна (Perognathus californicus) и установил, что при кратковременном оцепенении расход энергии на то, чтобы согреться, составляет значительную часть общих расходов энергии.

Прыгун весит около 20 г. Для него характерно то, что он легко впадает в состояние оцепенения при температуре окружающей среды от 15 до 32 °C. Если температура понижается ниже 15 °C, нормальное состояние оцепенения нарушается, и животное не может выйти из него самостоятельно. Другими словами, при охлаждении ниже 15 °C прыгун не способен выработать такое количество тепла в своем организме, чтобы началось его согревание. Тейкер установил, что прыгун легко впадает в состояние оцепенения и при ограничении нормы питания. При постепенном уменьшении количества пищи периоды оцепенения у него становятся все более продолжительными. Благодаря этому вес прыгуна не уменьшается даже в том случае, если количество пищи сократить в 3 раза по сравнению с тем, которое он потребляет в нормальных условиях, находясь в активном состоянии. Тейкер направил усилия на то, чтобы установить, с чего начинается процесс оцепенения. Имевшиеся у него данные по производству и расходу тепла на всех стадиях оцепенения позволили ученому ответить на этот вопрос. Оказалось, что переход к такому состоянию происходит в результате того, что при понижении температуры воздуха ниже критической отметки (около 32,5 °C) прекращается терморегуляторное поддержание уровня обмена веществ. При более низкой температуре понижение обмена приводило к понижению температуры тела. Другими словами, не было необходимости в особом механизме, который повышал бы расход тепла. Раз температура тела начинала понижаться, замедлялся обмен веществ, и животное впадало в состояние оцепенения, при котором выделение тепла в теле, как и температура тела, продолжало понижаться. Пробуждение прыгуна происходило при температуре выше 15 °C, причем потребление кислорода увеличивалось в 10–15 раз. Пробуждение являлось активным процессом, требовавшим значительного расхода энергии в течение сравнительно длительного периода, пока температура тела не достигала нормального уровня. Понижение температуры продолжалось около 2 ч, и общее потребление кислорода за это время составляло 0,7 мл на 1 г веса тела. Для согревания до нормальной температуры тела были необходимы 0,9 ч при потреблении кислорода 5,8 мл на 1 г веса тела. Таким образом, при переходе в состояние оцепенения, а затем при непосредственном выходе из этого состояния потреблялось 6,5 мл кислорода на 1 г веса тела в течение 2,9 ч. В то же время для поддержания нормальной температуры тела в течение 2,9 ч при температуре воздуха 15 °C прыгун потреблял бы 11,9 мл кислорода на 1 г веса тела. Следовательно, благодаря оцепенению этот грызун израсходовал 65 % той энергии, которая необходима для поддержания его нормальной температуры тела за тот же отрезок времени. Тейкер установил, что более длительные периоды оцепенения, например в течение 10 ч, дают еще большую экономию энергии. В конечном итоге он показал, что самый большой расход энергии связан с периодом пробуждения. При десятичасовом цикле на этот период приходилось 75 % всего расхода энергии.

Зимняя спячка бурых медведей (Ursus arctos) является факультативной. В природе летом этот медведь накапливает толстый слой подкожного жира и непосредственно перед наступлением зимы устраивается в своей берлоге для зимней спячки. Обычно берлога покрывается снегом, так что внутри значительно теплее, чем снаружи. Во время гибернации накопленные жировые запасы используются организмом медведя и как источник питательных веществ, а также предохраняют животное от замерзания. Температура его тела падает, ритм ударов сердца и дыхания сильно замедляется. Заметно понижается и обмен веществ, в связи с чем уменьшается и расход питательных веществ. Известно, что иногда в теплые зимние дни или в случае опасности медведь просыпается и даже выходит из берлоги, а затем снова засыпает в той же берлоге или в другом месте. Но обычно возвращение его к нормальной жизнедеятельности происходит весной, когда становится теплее и температура его тела повышается. Более продолжительное время, обычно до конца апреля, в своих берлогах задерживаются только самки, которые рождают там детенышей.

В природе, если зимы довольно теплые, особенно тогда, когда бурый медведь не накопит достаточного количества подкожного жира, он может не впасть в зимнюю спячку. В некоторых современных зоопарках, в которых медведей содержат в специальных помещениях с климатическим оборудованием, обеспечивающим постоянную температуру 20–25 °C; они вообще не засыпают.

Белый медведь (Thalarctos maritimus) по сравнению с остальными своими родственниками живет в наиболее суровых атмосферных условиях. При хорошей упитанности он может выдержать холод до -40 °C. Доказано, что беременные и не достигшие половой зрелости самки зимой впадают в состояние зимней спячки. Для этой цели они выкапывают в снегу яму и остаются там несколько месяцев, пока родившиеся за это время медвежата не подрастут, достаточно не окрепнут и не наступит теплая погода. Самцы белого медведя не впадают в состояние гибернации.

Группа ученых под руководством доктора Ральфа Нельсона зимой 1977–1978 гг. провела в рочестерской клинике «Майо» в штате Южная Дакота (США) ряд опытов по изучению зимней спячки американского черного медведя барибала (Euarctos americanus). Исследователи ставили себе цель: выяснить, каким образом этот вид медведя за время 3 — 5-месячного сна расходует ежедневно до 4 тыс. кал, не получая пищи и воды и не удаляя отходов из организма. Исследуя при помощи радиоизотопных методов пробы, взятые из крови и тканей, ученые пришли к предположению, что эти свойства животного обусловлены особым гормоном, поступающим еще осенью в его организм из гипоталамуса. Процессы обмена веществ у медведей, находящихся в состоянии гибернации, оказались похожими на метаболические процессы, протекающие в человеческом организме при полном голодании. Однако было установлено, что организм медведя осуществляет эти процессы значительно более рационально. Голодающий человек расходует для поддержания жизни как жировую, так и мышечную ткань. После длительного голодания человек не только худеет, но и теряет силы. Медведи, наоборот, просыпаясь весной, обладают той же сильной мускулатурой, какую имели осенью, и не испытывают чувство голода еще 2 недели. Ученые установили также, что во время зимней спячки обмен белков в 5 раз более интенсивен, чем при активном состоянии животного. Для обеспечения такого обмена медведи осенью накапливают запасы белков для зимней спячки, питаясь не менее двенадцати часов в сутки. Калорийность их дневной нормы необыкновенно велика — достигает 20 тыс. кал. Сильно повышенный белковый обмен во время зимней спячки предполагает и образование многих продуктов отхода. Но в данном случае продукты распада белков появлялись в ничтожных количествах. Почки медведя выделяли всего лишь несколько капель мочи, которые через стенки мочевого пузыря всасывались обратно в кровь. Наряду с этими открытиями еще не установлено, почему в организме медведя не скапливаются ядовитые продукты распада, прежде всего мочевина, которая при активном состоянии животного удаляется из его организма с мочой. Независимо от того, что в период зимней спячки температура тела у медведей иногда значительно падала, все процессы обмена веществ протекали нормально. Кроме того, удалось выяснить, что при температуре воздуха в помещении -8 °C на поверхности кожи медведя поддерживалась температура +35 °C, в прямой кишке +22 °C, в полости рта +35 °C (при +38 °C в активном состоянии). Однако частота сердечных сокращений и ритм дыхания значительно снижались (см. таблицу).

Интерес к уникальным данным относительно гибернации медведей обусловлен поисками современной медицинской науки. Зимняя спячка черного медведя может служить моделью для подбора диеты при хронической почечной недостаточности. В организме животного, впадающего в зимнюю спячку, отсутствуют обычные конечные продукты распада белка, а концентрация в крови аминокислот, белка, щелочных солей и т. п. остается неизменной на протяжении всей зимы. Кроме того, азот в брюшной полости не накапливается. Вот почему если ученым удастся получить в чистом виде вещество (предположительно гормон), поступающее в организм из гипоталамуса медведей, с помощью которого регулируются жизненные процессы во время зимней спячки, то они смогут успешно лечить людей, страдающих заболеванием почек. Если замедлить распад белков, то сократится образование мочевины и таким образом можно будет защитить организм больного человека от излишка этого отравляющего вещества. Если удастся выделить этот предполагаемый гормон, появится надежда создать на его основе препараты для лечения ряда болезней (хронических заболеваний почек, бессонницы, ожирения и др.).

Раскрытие «тайны» медведей может заинтересовать и специалистов космической медицины с точки зрения будущих сверхдальних космических полетов. Этот интерес обусловливается тем фактом, что медведи спят 3–5 месяцев в году, а нечто подобное может быть применено и к космонавтам, Что дает возможность экономить запасы продуктов питания, которые нельзя взять в космический корабль в необходимых количествах[9].

К впадающим в зимнюю спячку млекопитающим относится и очень интересная и своеобразная ехидна (Tachyglossus aculeatus). Она относится к подклассу первозвери (Prototheria), семейству ехидновых (Echidnidae). Обитает в Австралии, на островах Новой Гвинеи и на острове Тасмания. Ехидна — сухопутное роющее животное, покрытое волосами и острыми иглами на спине, обладает длинным клювом.

Ехидна откладывает 1–2 яйца, которые носит в своей кожной сумке. Там вылупляются детеныши, которых она кормит из находящихся над сумкой молочных желез.

Группа ученых под руководством Шмидта — Нильсена в 1966 г., а также Анджи и Илий в 1968 г. исследовали это интересное животное в активном состоянии и в период зимней спячки. Они установили, что, когда ехидна бодрствует, она поддерживает нормальную температуру тела даже при понижении температуры воздуха ниже 0 °C. Но если ехидну оставить при температуре 5 °C без пищи, она быстро впадает в состояние зимней спячки. При этом частота сердечных сокращений падает в десять раз (см. таблицу), температура тела понижается приблизительно до +5,5 °C, а потребление кислорода сокращается в 10 раз.

В 1971 г. группа американских ученых с целью установить, за какое время зимоспящие животные впадают в спячку, провела телеметрические измерения температуры кожи и внутренней температуры тела, а также и электрокардиографические исследования с помощью вживленной под кожу радиокапсулы. В опыте использовали четырех ежей, трех сурков, четырех сонь-полчков и четырех садовых сонь. Животных содержали в лаборатории при температуре 4–6 °C. Ежи, сурки и садовые сони впадали в состояние оцепенения уже за первые 24–48 ч, тогда как сони-полчки — только через десять суток.

Иногда в более теплые зимы животные, впадающие в зимнюю спячку, просыпаются, чтобы в это время поесть, если они запаслись пищей, и снова засыпают. Так, например, у летучих мышей выявлено много индивидуальных различий в характере зимней спячки. Доказано, что у сусликов периоды пробуждения составляют 7 % времени их пребывания в состоянии зимней спячки, причем они повторяются в среднем 1 раз каждые 11 суток и длятся по несколько часов. В это время животные расходуют столько резервов из своего организма, сколько за 10 суток зимней спячки. Хомяки тоже просыпаются через каждые несколько дней.

Какие перемены наступают у впадающих в зимнюю спячку млекопитающих?

С физиологической точки зрения зимняя спячка млекопитающих характеризуется ослаблением всех функций жизнедеятельности организма (см. таблицу) до того минимума, который позволил бы им пережить неблагоприятные зимние условия без пищи. Прежде всего сильно понижается (от 20 до 100 раз) интенсивность обмена веществ. В отличие от ежедневного сна во время зимней спячки температура тела понижается почти до температуры окружающей среды, причем зачастую она изменяется в соответствии с ее колебаниями. Но когда она понижается до 3–5 °C, организм животного включает механизм регулирования температуры, и при дальнейшем похолодании температура тела остается постоянной. Чтобы доказать это, американские ученые Р. Люке, Э. Грей и Ф. Сут в 1971 г. с помощью ЭВМ смоделировали теплопродукцию и теплоотдачу у сурка при изменении температуры тела с 36 °C в период активности до 7 °C во время зимней спячки. При сравнении температурных показателей созданной модели и живого сурка удалось установить абсолютное совпадение результатов. Было доказано, что сурок контролирует температуру тела даже в состоянии зимней спячки.

Понижение температуры тела, типичное для зимней спячки, вызвано замедлением обмена веществ и сопровождается значительным уменьшением частоты дыхания. Низкая частота дыхания обусловлена необходимостью потребления небольших количеств кислорода, которые используются для сведенных до минимума процессов обмена веществ. Ослабевают и сокращения сердечной мышцы. Понижение пульса ведет к замедлению кровообращения и к снижению кровяного давления. Изменяется и состав крови. Так, например, увеличивается содержание веществ, препятствующих свертыванию крови, поскольку существует опасность, что во время зимней спячки замедленность кровообращения может стать причиной образования тромбов (сгустков крови). Во время зимней спячки ослабевают и функции важных органов чувств (особенно зрения и слуха), а многие рефлексы исчезают. Разумеется, между отдельными видами животных существуют различия. Например, можно дотронуться до ежа и суслика, и они все равно продолжают спать, а золотистый хомяк просыпается и от легчайшего прикосновения. Быстрые смены температуры и давления воздуха, однако, все же пробуждают все виды зимоспящих млекопитающих. Очевидно, их чувствительность к температуре и атмосферному давлению во время зимней спячки не ослабевает.

Заторможенные процессы жизнедеятельности — это приспособление организма к продолжительному голоду. Еж, например, в состоянии зимней спячки может оставаться без пищи около 240 суток, тогда как в активном состоянии он не может выдержать без пищи и 30 дней.

Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, впадающие в зимнюю спячку млекопитающие теряют значительную часть своего веса. Например, летучая мышь — бурый кожан (Vespertilio fuscus) за 180 дней теряет 33 % своей массы, а содержание жира в ее организме уменьшается с 28 до 10 % массы тела.

У ежей, сусликов и сурков в период зимней спячки обнаружено высокое содержание магния в сыворотке крови. Подобное явление наблюдается и у впадающих в зимнюю спячку летучих мышей при 13 °C, но не при 17–20 °C, когда содержание магния оказывается в норме. Однако установлено, что высокий уровень содержания магния не имеет важного значения для поддержания зимней спячки, так как не препятствует пробуждению.

Обычно у впадающих в гибернацию млекопитающих число белых кровяных телец меньше нормы, показания гематокрита тоже несколько понижены. Свертываемость крови уменьшена, вероятно, вследствие уменьшения содержания протромбина.

Американские ученые обнаружили временную устойчивость к рентгеновскому облучению у сусликов и летучих мышей во время их зимней спячки. Сначала эффект от облучения был почти незаметен, но через не сколько дней после пробуждения наступало обычное понижение количества кровяных телец.

Зимняя спячка связана с рядом особенностей клеточного метаболизма, в первую очередь центральной нервной системы, внутренних органов и особенно желез внутренней секреции. По данным известного советского ученого профессора Я. Киршенблата, резко увеличиваются число и размеры Лангергансовых островков в поджелудочной железе, что сопровождается повышением секреции инсулина. Вследствие этого в крови значительно повышается содержание инсулина и углекислого газа, а это приводит к тому, что зимний сон становится более глубоким, так как содержание сахара в крови понижается, а он является основным источником энергии. Введение ежам инсулина вызвало состояние, сходное с зимней спячкой, причем температура тела понизилась почти до уровня температуры окружающей среды. Кровь с периферии отхлынула преимущественно во внутренние органы (кровяное депо), и давление крови понизилось. Увеличилось содержание гликогена в печени и мышцах, тогда как уровень содержания сахара в крови стал падать. В печени начал накапливаться АТФ (аденозинтрифосфат).

Как известно, щитовидная железа принимает значительное участие в механизме терморегуляции у млекопитающих и птиц. Раздражение чувствительных к холоду рецепторов кожи рефлекторно приводит к усилению секреции тиреотропного гормона, выделяемого гипофизом, который стимулирует функцию щитовидной железы. Ее гормоны повышают общий уровень энергетического обмена и усиливают образование тепла в организме, что, в свою очередь, поддерживает постоянную температуру тела при охлаждении животных независимо от увеличения теплоотдачи. В период зимней спячки функции щитовидной железы ослабевают, вследствие чего снижается способность организма к терморегуляции. Эксперименты с ежами показали, что после инъекции тироксина (гормон щитовидной железы) процесс наступления зимней спячки задерживается, а инъекция питуитрина (препарат, полученный из задней доли гипофиза, содержащий преимущественно гормоны окситоцин и вазопрессин) прекращала гибернацию.

Установлено, что во время зимней спячки наступает истощение коры надпочечников. Опыты показали, что млекопитающие с удаленными оперативным путем надпочечниками не могут впадать в состояние гибернации. Введение норадреналина (биологически активного вещества, выработанного корой надпочечников) в период зимней спячки не вызывает повышенного теплообразования.

Только с пробуждением от зимней спячки у млекопитающих наступает быстрое усиление функций щитовидной железы и надпочечников, сопровождающееся увеличением содержания тироксина, трийодтиронина, адреналина и норадреналина в крови. Это приводит к резкому усилению энергообмена и быстрому повышению температуры тела до нормальной. Установлено, что введение тироксина или норадреналина млекопитающим, находящимся в состоянии зимней спячки, может привести к быстрому их пробуждению.

Во время зимнего сна появляются и регрессивные изменения в половых органах, которые, однако, активируются к концу зимней спячки, так как непосредственно после своего пробуждения животные приступают к размножению. Некоторые ученые объясняют это тем, что во второй половине зимней спячки в результате усиленного распада жиров в крови животных накапливается значительное количество витамина Е.

В настоящее время большинство ученых, занимающихся исследованиями зимней спячки, считают, что железы внутренней секреции и уровень секреции гормонов лишь создают благоприятные условия для впадания животных в зимнюю спячку или для пробуждения от нее.

Внимание специалистов по проблемам зимней спячки ныне сосредоточено на гипоталамусе (часть промежуточного мозга).

В настоящее время считают, что гипоталамус исполняет роль регулирующего центра процессов, происходящих во время зимней спячки и подготовки к ней. Исследованиями советского ученого Е. Сатинова в 1965–1970 гг. было установлено, что при повреждении задней области гипоталамуса золотистые хомяки теряют свою способность впадать в зимнюю спячку. В ряде других опытов (с сусликами) при повреждении передней области гипоталамуса они сохраняли эту способность, но не могли выйти из состояния спячки.

Как подчеркивает профессор Киршенблат, роль и значение нейросекреции ядра промежуточного мозга (в частности, гипоталамуса, являющегося его частью) и желез внутренней секреции в физиологических механизмах зимней спячки все еще недостаточно выяснены и представляют интерес для будущих исследований.

Каковы механизмы, регулирующие состояние зимней спячки?

Ясно, что оцепенение и зимняя спячка — это строго контролируемые физиологические состояния. У некоторых видов зимоспящих животных продолжительность ежедневного оцепенения определяется количеством пищи и необходимостью экономить энергию. Очевидно, что не только переход в состояние оцепенения, но и продолжительность этого состояния, как и выход из него, должны строго регулироваться организмом зимоспящих животных.

В естественных условиях зимняя спячка начинается в определенное время года, но она связана не только с наступлением холода и нехваткой пищи, а и с продолжительностью светового дня и с наступлением гормональных изменений. Например, невозможно заставить впасть в гибернацию зимоспящих млекопитающих в период размножения, несмотря на искусственно созданные идентичные условия.

Впавшее в оцепенение млекопитающее с низкой температурой тела внешне выглядит совершенно инертным, как будто мертвым. Оно не способно совершать согласованные движения, едва или совсем не реагирует на внешние раздражители и напоминает холоднокровное животное в охлажденном состоянии. Вся его нервная система не может работать согласованно, несмотря на то что дыхание, сердечные сокращения и многие другие физиологические функции остаются вполне координированными, хотя и очень замедленными. Если температура окружающей среды все же понижается до нуля или еще ниже, некоторые млекопитающие, впавшие в состояние зимней спячки, погибают. Другие реагируют так: либо быстро выходят из состояния зимней спячки, либо у них прекращается понижение температуры тела в результате регулируемого увеличения отделения тепла, так что температура тела животного остается на каком-то низком, но постоянном уровне (например, 5 °C). Эти реакции со всей определенностью показывают, что при спячке ряд функций центральной нервной системы сохраняется. В качестве примера можно привести ежа, температура тела которого во время холодов поддерживается в пределах 5–6 °C. Это позволяет такому млекопитающему избегать замерзания и в то же время экономить «горючее». Таким способом животное его не расходует ни на энергоемкий процесс полного пробуждения, ни на поддержание высокой температуры тела, присущей ему в активном состоянии. Для млекопитающего, которому несколько раз в течение зимы приходится пережить сильные морозы, повторные пробуждения могут оказаться очень невыгодными в отношении расхода энергии, в то время как поддержание температуры тела на предельно низком уровне, все еще предохраняющем животных от замерзания, является значительно более экономным.

Выход из состояния зимней спячки

С наступлением весны, что связано с потеплением и увеличением продолжительности светового дня, зимоспящие млекопитающие выходят из состояния оцепенения, т. е. «пробуждаются».

Очевидно, что повышение температуры тела при пробуждении связано с наибольшими расходами энергии по сравнению с другими этапами зимней спячки. В этот период появляются интенсивные конвульсивные движения мышц, т. е. дрожь, благодаря чему быстро выделяется тепловая энергия. В процессе согревания важную роль играют не только мышцы, но и особый вид жира, названный бурой жировой тканью. В отличие от обыкновенной белой жировой ткани у многих млекопитающих возникают большие или меньшие участки скопления своеобразного бурого жира, который отличается от белого жира не только по цвету, но и по характеру цитохрома, благодаря которому он может интенсивно поглощать кислород, тогда как белая жировая ткань, наоборот, метаболически малоактивна.

Считается доказанным, что важнейшую роль для поддержания теплопродукции при пробуждении впадающих в зимнюю спячку млекопитающих играет именно бурая жировая ткань. Она называется еще и сонной железой, так как встречается у всех зимоспящих млекопитающих, несмотря на то, что ее также обнаружили почти у всех негибернирующих млекопитающих (за исключением лошади и свиньи).

Исследования Джонсона в 1971 г. показали, что бурая жировая ткань, имеющая столь важное значение для зимоспящих млекопитающих, не выявлена у тех, хотя и немногочисленных, видов птиц, которые впадают в зимнюю спячку.

Бурая жировая ткань у млекопитающих расположена между лопатками, вдоль яремных вен, в грудной клетке возле аорты, в желудке, на уровне почек и надпочечников. Установлено, что она функционирует как своеобразный радиатор. Когда животное пробуждается от зимней спячки, эта жировая ткань согревается быстрее всего. Оттуда тепло распространяется на переднюю часть тела, и после того, как достигнута определенная температура, суженные кровеносные сосуды в задней части тела расширяются, все тело равномерно снабжается кровью и таким образом начинает согреваться.

Бурая жировая ткань отличается высокой активностью, подверженной сезонным переменам, и ритмом, подобно железам внутренней секреции, из-за чего некоторые исследователи уподобляют ее железе. Доказано, что ее масса у ежа и сурка уменьшается на 70 % во время зимней спячки. По данным некоторых ученых, если у ежа удалить 50 % бурой жировой ткани прежде, чем он впадет в гибернацию, то животное потеряет способность пережить зимнюю спячку и погибнет при понижении температуры. Не случайно французский ученый Пьер Росийон назвал бурую жировую ткань зимней одеждой млекопитающих.

Бурая жировая ткань при наблюдении под микроскопом значительно отличается от белой. Цитоплазма клетки белой жировой ткани содержит крупную жировую каплю, в то время как цитоплазма клетки бурой жировой ткани имеет большое число маленьких жировых (липидных) капель и запасы гликогена. Эти маленькие липидные капли облегчают активирование липидов, так как поверхность соприкосновения между цитоплазмой и маленькими каплями велика. По сравнению с белой бурая жировая ткань очень богата митохондриями, в которых производится энергия. Более того, митохондрии в бурой жировой ткани содержат внутренние мембраны, которые более часто расположены, чем в других тканях. Это создает большую поверхность для действия ферментов. Другими словами, благодаря этим своеобразным «теплоцентралям» (митохондриям) горючее (липиды и гликоген) может окисляться, чтобы произвести тепловую энергию, в которой нуждается организм млекопитающих. Доказано, что «разжигание» бурой жировой ткани происходит в результате нервных импульсов, так как она обильно иннервирована и, кроме того, снабжается кровью, так что с помощью кровообращения тепловая энергия распределяется по жизненно важным центрам организма. Установлено, что симпатический нерв (который является частью вегетативной нервной системы) управляет этим «разжиганием». Возбужденный нервными импульсами, которые тепловые рецепторы, расположенные по всему телу, направляют в головной и спинной мозг, симпатический нерв подает команды, передаваемые в орган-исполнитель (бурая жировая ткань) от «проводящих путей» — двух нейронов симпатического нерва.

В 1981 г. американские физиологи Р. Смит и Б. Горвиц из Калифорнийского университета провели исследования бурой жировой ткани, на основании которых они назвали ее внутренней согревающей рубашкой, покрывающей часть общей сосудистой сети. По данному сигналу она становится активным метаболическим «нагревателем», воздействующим непосредственно на кровь, когда она уходит и возвращается из периферийных частей тела. По мнению этих ученых, клетки бурой жировой ткани обладают высоким потенциалом обмена веществ. При выходе из состояния оцепенения температура бурой жировой ткани, особенно в местах ее скопления, оказывается значительно выше, чем других частей тела.

Температура в различных частях тела выходящего из состояния зимней спячки животного неодинакова, так как процесс согревания протекает неравномерно. Обычно передняя часть тела, где расположены такие жизненно важные органы, как мозг и сердце, согревается быстрее. Повышение температуры сердца, возможно, важнейший этап пробуждения, так как оно обеспечивает циркуляцию крови и таким образом доставку кислорода во все остальные органы. Исследования показывают, что согревание задней части тела начинается только после того, как температура передней части приближается к норме. Именно в тот момент, когда все тело животного быстро достигает нормальной температуры, происходит наибольшее потребление кислорода, после чего оно понижается и достигает нормального уровня. На начальной стадии пробуждения поток крови почти всецело направлен в жизненно важные органы в передней части тела, только после их согревания он заметно усиливается и в задних частях. Это было установлено с помощью радиоактивных индикаторов. Исследования коллектива под руководством К. Иохансена в 1964 г. показали, что скелетные мышцы в передней части тела млекопитающего, пробуждающегося от зимней спячки, получают в 16 раз больше крови, чем у бодрствующего животного. Это служит подтверждением того, что мышечная ткань играет важную роль в повышении теплоотдачи при выходе из состояния зимней спячки. Доказано, что в начале этого периода мышцы задней части тела получают примерно в 10 раз меньше крови, чем мышцы передней части. В то же время в бурой жировой ткани объем крови больше ее объема и в самых активных мышцах, что тоже подтверждает участие этой ткани в выработке тепла. Исследования тех же ученых еще в 1961 г. показали, что желудочно-кишечный тракт (особенно тонкие кишки) меньше всего снабжен кровью в момент пробуждения от зимнего сна.

Выход из состояния зимней спячки начинается с учащения ритма дыхания, что приводит к учащению сердечных сокращений, повышению внутренней температуры тела и к выработке тепла. Накопленный в печени гликоген начинает быстро расходоваться. Частота сердечных сокращений быстро нарастает. Например, у суслика во время зимней спячки (при температуре тела 5 °C) число их составляет 3 в 1 мин, а в период пробуждения увеличивается до 20 (при 8 °C), потом до 200 (при 14 °C) и 300 (при 20 °C). Дыхание в самом начале становится нормальным, а затем учащается. Наблюдается и так называемое метаболическое перерегулирование, например, потребление кислорода у золотистого хомяка возрастает от 0,5 до 8000 мл/кг массы за 1 ч, а после стабилизации температуры понижается почти до 5000 мл/кг за 1 ч.

Электрическая активность в коре больших полушарий мозга заметно повышается при температуре около 20 °C.

В конце концов все физиологические процессы организма нормализуются, но у различных видов млекопитающих продолжительность периода нормализации неодинакова. Например, установлено, что летучие мыши, находившиеся в морозильной камере без пищи на протяжении 144 дней, были способны летать через 15 мин после их перемещения в обычные температурные условия, тогда как у сусликов температура тела повышалась с 4 до 35 °C только за 4 ч.

Многочисленные научные исследования, проведенные на зимоспящих млекопитающих, показывают, что зимнюю спячку не следует связывать с функциями только эндокринной системы. По мнению большинства ученых, у таких животных (хотя и при более низком уровне активности) сохраняется интеграция всех систем организма.

При своем пробуждении млекопитающие, впадающие в зимнюю спячку, выходят из своего убежища исхудавшими, так как израсходовали все резервные энергетические вещества. Так, например, при исследованиях сурка установлено, что уменьшение его веса идет как за счет израсходованной жировой ткани, так и внутренних органов. Вес жировой ткани уменьшается на 99 %; печени — на 59; диафрагмы — на 4; легких — на 45; мышц — на 30; сердца — на 27 и скелета — на 12 %.

Большинство впадающих в зимнюю спячку млекопитающих после пробуждения и выхода из своих зимних квартир измучены голодом и при первой возможности наедаются досыта. Они круглые сутки ищут пищу, особенно ежи, которые за день съедают больше пищи, чем вес их собственного тела.

Несмотря на достигнутые результаты многочисленных исследований ученых из разных стран, благодаря которым стало ясно, что зимняя спячка у млекопитающих- это один из совершенных приспособительных физиологических механизмов, закрепившихся в процессе эволюции, все же в этой проблеме остается еще много нерешенных вопросов.

Существует ли летняя спячка в мире животных?

Интересное биологическое явление, вызываемое периодическими (или неожиданными) метеорологическими переменами, изменяющимися условиями жизни в летний сезон, представляет собой так называемая летняя спячка у животных, которая, в сущности, весьма сходна с зимней спячкой. Научное название летней спячки, как мы уже упомянули, — «эстивация» (от лат. aestas — «лето»). В подобное неактивное состояние впадает ряд видов животных при наступлении сильной жары и засухи, когда становится невозможно найти пищу и воду, чтобы выжить.

Это явление известно и в мире растений. Общеизвестна способность семян растений впадать в анабиоз на длительный срок без проявлений признаков жизни и развития в летний сезон.

В природной обстановке многим животным и растениям приходится проводить неблагоприятный для них сезон года в состоянии покоя, при котором процессы жизнедеятельности более или менее заторможены. Многие одноклеточные организмы (жгутиконосцы, амебы и инфузории), живущие в пересыхающих водных бассейнах, чтобы выжить, образуют цисты. Само явление называется инцистированием. С наступлением неблагоприятного сезона эти организмы становятся неподвижными, округляются, теряют свои жгутики и реснички, образуют вокруг себя плотную и слизистую оболочку. Образовавшиеся цисты во многих отношениях более устойчивы при неблагоприятных внешних воздействиях. Инцистирование сопровождается заметным обезвоживанием цитоплазмы одноклеточного животного. Попадая снова в благоприятные условия, циста впитывает воду, набухает, ее оболочка лопается, и из нее выбирается одноклеточное животное, готовое к активной жизни.

Сходное явление наблюдается и у низших многоклеточных животных — губок. С наступлением осени в теле пресноводных губок образуются скопления клеток, содержащих большой запас питательных веществ. Они окружаются двумя плотными оболочками, между которыми наблюдаются воздушные камеры и скелетные образования. Так образуются маленькие шарики, которые называют геммулами. Зимой тело губки погибает и разлагается, но геммулы сохраняются. Весной их оболочка трескается, массы клеток выходят наружу, и из них развиваются молодые губки.

Заторможенность процессов жизнедеятельности можно наблюдать и в яйцах (зародышах) животных, особенно таких, которым предстоит пребывать в условиях неблагоприятного сезона. Так, например, зародыши маленького морского рачка артемии (Artemia salina) способны переносить продолжительное высыхание. Зародыши артемии издавна используются для кормления аквариумных рыбок и зачастую транспортируются в высушенном состоянии (в состоянии анабиоза) на большие расстояния (даже за границу), при этом они не теряют своей жизнеспособности.

Описаны случаи сильного замедления процессов развития под влиянием внешних воздействий и у зародышей некоторых видов рыб (семги, пеляди) и земноводных (озерная и травяная лягушки). После устранения неблагоприятных факторов зародыши продолжают нормальное развитие[10].

При засухе и сильной жаре в летнюю спячку впадают и некоторые виды улиток, укрывающихся в своих подземных убежищах.

В подобное состояние впадают и некоторые виды пиявок. Так, например, японский зоолог Ока еще в 1922 г. наблюдал в состоянии оцепенения паразитирующих на панцире японских водных черепах тропических пиявок из вида Ozobranchus jantseanus. При выходе водных черепах на берег эти пиявки полностью высыхают на несколько дней. Оказавшись в воде, они восстанавливают свою жизнедеятельность.

У насекомых диапауза может наступить не только под влиянием низких температур, но и при чрезмерно высокой температуре, сочетающейся с пониженной влажностью. В таких случаях некоторые виды впадают в летнюю (тепловую) диапаузу, при которой их развитие прекращается до наступления необходимой для их жизнедеятельности температуры и влажности.

Летняя спячка — частое явление у некоторых видов рыб. Особенно она характерна для обитателей пресноводных водоемов, преимущественно экваториальных и вообще тропических областей земного шара. Сравнительно хорошо изучена летняя спячка у рыб двоякодышащих-африканского протоптера (Protopterus aethiopicus) и американского чешуйчатника (Lepidosiren paradoxa).

Африканский протоптер, представляющий собой редкое создание природы, поистине может называться необыкновенной рыбой. В известных энциклопедиях животного мира Брема протоптер назван рыбой-саламандрой. Многие ученые, изучающие эволюцию животного мира, считают, что это существо, вероятно, является первой попыткой природы превратить его из водного в сухопутного обитателя еще 400 млн. лет тому назад. Поводом для такого предположения является тот факт, что эта рыба, кроме жаберной системы, использует для дыхания и парный плавательный пузырь, обильно насыщенный кровеносными капиллярами и играющий роль легких. Для передвижения по земной поверхности природа наделила рыбу вместо гибких плавников очень твердыми отростками, напоминающими ножки. Эта рыба приспособилась переносить продолжительные засушливые периоды, которые часто бывают в Центральной Африке и главным образом в притоках Белого Нила, Конго и Замбези, где неглубокие пресноводные водоемы полностью пересыхают. Протоптер достигает в длину 2 м. В засушливый период года — с августа до ноября-декабря, когда обитаемые им водоемы пересыхают, протоптер выкапывает себе нору в иле, достигающую 0,5–1 м, и устраивается на ее дне, где формирует для себя специальную капсулу. После этого он выделяет большое количество слизи, которой склеивает глинистые стены капсулы. В результате образуется нечто похожее на «кокон» с узким проходом для дыхания напротив рта, достигающим поверхности и служащим для поступления атмосферного воздуха. Так рыба проводит длительный период времени (5–6 месяцев), свернувшись в клубок в состоянии полного оцепенения. В этот период она переходит на «легочное» дыхание, используя атмосферный воздух, а так как обмен веществ резко понижается, потребность в кислороде уменьшается. Впадая в глубокую летнюю спячку, эта рыба живет за счет предварительно накопленного жира. В засушливый сезон года местное население ходит ловить протоптеров, вооружившись лопатами и обнаруживая их по слуху — легочное дыхание рыбы уловимо даже для нетренированного уха. После наступления дождливого сезона вода размягчает илистую капсулу и рыба «оживает». Известен случай, когда протоптер вместе с его глинистым коконом был успешно перевезен из Африки в Европу, после чего был «оживлен» в воде и обитал в аквариуме несколько лет. Быстрое пробуждение этой рыбы от летней спячки опасно. Ее мускулатура очень медленно восстанавливает свою способность двигаться. Кроме того, необходимо, чтобы ее дыхательный механизм имел достаточно времени для переключения с легочного дыхания на дыхание жабрами.

В летнюю спячку впадает и упомянутый американский чешуйчатник, тоже представляющий собой двоякодышащую рыбу. Он обитает в заболоченных бассейнах рек, густо поросших водной растительностью, в Южной Америке и особенно в бассейне Амазонки. В дождливый период эта рыба усиленно питается и накапливает жир, который необходим ей как резервное питание на то время, когда она зароется в ил и впадет в состояние оцепенения. Весь засушливый сезон она проводит в состоянии летней спячки и при этом дышит атмосферным воздухом. Однако если водоем, в котором рыба обитает, не пересыхает, она вообще не впадает в летнюю спячку.

В подобное состояние впадает и встречающийся у нас вьюн (Misgurnus fossilis), когда водоемы, где он обитает, в летнюю жару высыхают. Тогда вьюн зарывается в ил и впадает в состояние летней спячки. Его можно обнаружить замурованным в сухой ил, в котором нет никакой влаги, и тогда он кажется окаменелостью. Вот почему он получил свое название fossilis — от лат. fossil, что означает окаменелый остаток организма, жившего в давние геологические времена. В этом состоянии вьюн выдерживает продолжительное время при неблагоприятной для него засухе. При увлажнении жизнедеятельность восстанавливается. Установлено, что вьюн, хотя и не является двоякодышащей рыбой, вдыхает атмосферный воздух ртом, проводя его через кишечный тракт, где осуществляется газообмен благодаря обильной сети мельчайших кровеносных сосудов — капилляров, и выбрасывает его через анальное отверстие.

Летняя спячка у рыб, подобно зимней спячке, является приобретенным эволюционным путем биологическим приспособлением к неблагоприятным условиям жизни. В таком состоянии, когда рыбы наименее активны и процессы обмена веществ сведены до возможного минимума, они живут за счет заранее накопленного жира, причем потребляют незначительное количество кислорода.

В то время как для наших географических широт определяющим фактором сезонности в жизни земноводных (лягушек, тритонов, саламандр) является температура окружающей среды, в тропиках и субтропиках эту роль играет влажность. При достаточно высокой температуре воздуха, но низкой влажности (в период засухи) земноводные обычно впадают в летнюю спячку.

В странах с тропическим климатом, где температура высокая и влажность большая, земноводные активны весь год. Но в районах, где чередуются засушливые и дождливые периоды, когда наступает засуха, пагубная для многих видов земноводных, они впадают в летнюю спячку, зарываются в ямы в почве, под корни, камни и т. п. Типичным примером может служить остров Ява, где земноводные проводят в состоянии летней спячки почти 5 месяцев. Как при зимней, так и при летней спячке земноводные не питаются, и все их процессы жизнедеятельности и обмена веществ значительно замедляются.

Известно, что представители обширного класса пресмыкающихся (Reptilia) — это животные с непостоянной температурой тела, которая зависит от температуры окружающей среды. Пресмыкающиеся любят тепло и часами греются на солнце. Ороговевшие покровы их тела и отсутствие кожных желез предохраняют их от чрезмерной потери воды. Некоторые из них даже приспособились жить и в очень сухом климате, в жарких и безводных пустынях. Однако жара в тропиках служит причиной впадания некоторых из них в летнюю спячку.

Так, например, некоторые виды змей — постоянных обитателей жарких пустынь, где им зачастую угрожает тепловой удар, — способны впадать в летнюю спячку в самые жаркие дни. Это и есть защитная реакция организма, при которой потребление кислорода и образование тепла в организме минимальны.

Зарывшись в ил, впадает в летнюю спячку и анаконда, достигающая 11-метровой длины.

В эстивацию впадают и самые крупные представители пресмыкающихся — крокодилы. Когда водоемы пересыхают, они зарываются глубоко в ил. Несмотря на то, что поверхностный его слой высыхает и затвердевает, в глубине влага сохраняется, где они и проводят свою летнюю спячку. По этому поводу знаменитый путешественник Александр Гумбольдт привел рассказ одного европейского колониста, которому пришлось заночевать в хижине, построенной прямо на земле на берегу реки Ориноко (Венесуэла, Южная Америка). Среди ночи его разбудил сильный шум, и земля под ногами как бы задвигалась. Комья земли полетели во все стороны, и наконец из-под земли появился огромный крокодил. Очевидно, он находился там в состоянии летней спячки и, к ужасу колониста, именно в эту ночь проснулся.

В тропических странах в летнюю спячку впадают и многие виды ящериц. Степные черепахи, обитающие в среднеазиатских пустынях, также впадают в летнюю спячку, при которой процессы обмена веществ значительно замедлены.

Летняя спячка является патентом и некоторых теплокровных млекопитающих, обитателей: степей и пустынь, таких, как туркестанский и североамериканский суслики, сенегальский еж и другие. С наступлением сильной жары они впадают в состояние оцепенения на продолжительный срок.

Известно, что все обитатели пустыни испытывают недостаток воды. Но различные виды животных преодолевают это затруднение различными способами. Среднеазиатский тонкопалый суслик (Spermophilopsis leptodactylus) зарывается в глубокие норы, где температура не такая высокая, как на поверхности песка, и расход воды соответственно меньше.

Из мелких животных, обитающих в жаркой, сухой и скудной растительностью пустыне Мохаве в Калифорнии, интересен один вид сусликов, названный в «честь пустыни» мохавеским. Американские ученые Джордж Бартоломью и Джек Хедзен изучали экологию и поведение этого грызуна в природных и лабораторных условиях. Суслик, достигающий 15 см длины и 150 г веса, коричневого цвета, роет себе нору в рыхлом песке в тени деревьев и кустов, растущих в пустыне и снабжающих его пищей. Большую часть года — с августа до марта — мохавеский суслик остается в своей норе в состоянии оцепенения. В весенние месяцы, когда растительность пустыни находится в расцвете, он покидает свое убежище, чтобы продолжить свой род и накопить жир, готовясь к возвращению под землю. В лабораторных условиях этот суслик вел себя так же, как и в природных, что способствовало исследованиям. Было установлено, что он активен с марта до августа. В остальную часть года даже при комнатной температуре, несмотря на изобилие пищи и воды, он периодически впадал в состояние оцепенения, длившееся от нескольких часов до нескольких суток. Это состояние чередующихся периодов сна и бодрствования продолжалось от позднего лета до ранней весны и включало в себя два самостоятельных процесса — зимнюю и летнюю спячки, которые, в сущности, сливались в один общий сон. Исследования двух американских ученых показали, что у мохавеского суслика эти два процесса — нечто другое, как две стороны одного и того же физиологического явления. При впадении животного в состояние оцепенения потребление кислорода и температура тела резко падают, причем температура тела соответствовала температуре окружающей среды или слегка превышала ее. Его дыхание останавливалось на продолжительный период времени, а пульс был замедленным. При пробуждении у суслика восстанавливалась нормальная температура тела, нормализовалась частота дыхания, причем увеличивалось потребление кислорода, ускорялось сердцебиение, появлялась дрожь (при которой выделялось тепло). Пробуждение происходило очень быстро — для него требовалось не больше часа. Оно могло произойти внезапно от сильного шума или прикосновения, тогда как для впадания в состояние оцепенения суслику было необходимо почти 6 ч. После пробуждения потребление кислорода достигало максимума через 15–20 мин, а температура тела повышалась от 20 до 30 °C за 20–35 мин. Обмен веществ начинал повышаться при температуре окружающей среды 36,6 °C. При температуре окружающей среды 20 °C потребление кислорода оцепеневшим сусликом составляло только около 1/10 от того, каким оно было в состоянии бодрствования при той же температуре. Главными источниками энергии для организма во время зимней и летней спячки служил накопленный в период активности жир. Ученые вычислили, что окисление 1 г жира требует 2 л кислорода, что означает, что впавший в оцепенение суслик, весящий 300 г и использующий 0,8 м3 кислорода на 1 г массы в течение 1 ч, сжигает 0,29 г жира ежедневно. Следовательно, за 172 дня зимней и летней спячки он расходует 50 г жира, которые полностью удовлетворяют его потребности в энергии. А это составляет ровно половину того запаса жира, который накапливает грызун в период своей активной жизни в бодрствующем состоянии.

Пример с мохавеским сусликом показывает, что, в сущности, оба вида спячки (летняя и зимняя) — это только две стороны одного и того же физиологического явления- защитно-приспособительной реакции организма.

Можно ли «привить» животным зимнюю и летнюю спячку?

Современной фармакологической науке известно немало химических снотворных веществ, вызывающих впадание в глубокий сон. Однако эти синтетические соединения обычно обладают вредным побочным действием, еще более нежелательным, когда их применяют к больному человеку (например, при операции). Вот почему усилия ученых еще в начале нашего столетия были нацелены на синтезирование подопытными животными так называемого фактора сна. Предполагается, что синтез фактора сна откроет возможность для экспериментов, с помощью которых можно будет исследовать физиологическую природу сна.

Еще в 1913 г. французские ученые извлекали спинномозговую жидкость у лишаемых сна собак и вводили ее другим собакам, после чего те спали значительно больше нормы.

Значительно позже фактор сна изучали швейцарские исследователи из Базельского университета. Им удалось выделить из венозной крови мозга спящего кролика вещество, которое ввели другому, бодрствующему кролику, вызвав у него сон. Опыты с животными показали, что во время сна в крови и в спинномозговой жидкости образуется вещество, которое, если его ввести другому, бодрствующему, животному, вызывает у него сон.

Швейцарский ученый М. Монэ после сложных и продолжительных опытов в 1974 г. сумел выделить это вещество в чистом виде. Оно оказалось белковым соединением, точнее, полипептидом, состоящим из 9 аминокислот с молекулярным весом 860. Определение последовательности расположения аминокислот в пептидной цепи должно открыть ученым путь к синтезированию этого вещества.

Независимо от усилий швейцарского ученого после восьмилетних исследований группа ученых из Гарвардского университета также обнаружила, что сон у животных вызывают белки. Исследователи нашли быстрый и безболезненный способ извлечения спинномозговой жидкости у коз. Они показали, что жидкость вызывала более длительный, чем нормальный, сон у подопытных крыс, кошек и кроликов. Было установлено, что тот же фактор может быть извлечен из мозга лишенных сна животных сразу же после их умерщвления.

В последнее время многие исследователи из разных стран стремятся выделить фактор, вызывающий зимнюю и летнюю спячку у животных. Некоторые ученые предполагают, что этот фактор находится в крови, другие — в различных тканевых жидкостях, а третьи — в мозговой нервной ткани. Так, например, исследования американских ученых А. Дейва и У. Спериера в 1969 г. показали, что сыворотка крови, взятой у сусликов, находящихся в состоянии зимней спячки, и введенная сусликам в их активный период летом, вызывала впадание их в зимнюю спячку. Даже человекообразные обезьяны поддавались ее воздействию — теряли аппетит, у них замедлялся пульс и температура тела понижалась на 2–8 °C. Активная составная часть сыворотки крови еще не выделена, но предполагается, что она действует как регулятор количества определенных гормонов. Доказательством этого служит тот факт, что суслики, которым вводили гормон тестостерон, просыпались от зимней спячки раньше других зимоспящих животных.

В различных исследовательских лабораториях проводились опыты, в которых экстракт из мозга умерщвленных зимнеспящих ежей, летучих мышей и золотистых хомяков был введен не зимоспящим бодрствующим кошкам и собакам. В результате животные впадали в сонливое состояние, температура их тела несколько понижалась, но добиться у них настоящей зимней спячки не удалось.

Подобные исследования были проведены Ноулом в 1952 г. Он выделил из мозга впавших в зимнюю спячку млекопитающих вещество, вызвавшее впадание в зимнюю спячку даже у тех видов, которым она не свойственна, — у собак и кошек, причем она продолжалась от 2 до 40 дней.

Английские и шведские биохимики направили свои усилия на то, чтобы выделить фактор сна из организма животных, впадающих в летнюю спячку. В качестве объекта изучения они выбрали африканскую двоякодышащую рыбу — протоптера (см. гл. «Существует ли летняя спячка в животном мире?»). Они получили экстракт мозга этого вида рыбы во время ее летней спячки и ввели его лабораторным белым крысам. В результате у них наблюдалось понижение температуры тела и они впадали в состояние глубокого сна.

Другие ученые провели опыты над впадающими в зимнюю спячку золотистыми хомяками и ежами, исследуя содержание свободных аминокислот в их мозге. Было установлено, что во время зимней спячки активность фермента глутаминдекарбоксилазы повышена, и поэтому содержание гамма-аминомасляной кислоты выше нормы. Предполагается, что это вещество и продукты его распада угнетают центральную первую систему и вызывают сонное состояние. Однако предположение, что зимняя спячка наступает под воздействием гамма-гидроксимасляной и гамма-аминомасляной кислот, не доказано, так как понижение процессов обмена веществ и температуры тела у подопытных животных (кроликов, кошек, собак и других млекопитающих) достигается и путем введения экстракта из других тканей зимоспящих животных.

Интересные опыты проведены с переливанием крови от впавшего в зимнюю спячку тринадцатиполосного суслика (Citellus tridecemlineatus) и альпийского сурка (Marmota marmota) таким же животным в период их активности. Результаты оказались сходными с результатами применения мозговых экстрактов — появились признаки настоящей зимней спячки. Она наступала даже тогда, когда использовалась консервированная кровь длительного хранения, которую переливали животным в активный период их жизни (летом). Более того, подобный эффект получался и при введении сыворотки крови и промытых кровяных клеток, взятых у впавших в зимнюю спячку животных.

Установлено, что во время зимней спячки у ежей, да и у некоторых других млекопитающих, увеличивается ткань Лангергансовых островков и повышается число бета-клеток, производящих инсулин. Однако повышение выработки инсулина, по мнению ряда ученых, не является сопутствующим признаком или причиной впадания в зимнюю спячку, но, несомненно, необходимо для ее подготовки, так как инсулин исключительно активен при образовании жиров и при распаде гликогена в печени. К концу зимнего периода количество инсулина уменьшается, так как он поступает в небольших дозах в кровь и главное — участвует во многих процессах при пробуждении. В конце зимней спячки выработка инсулина приспосабливается к повышенным требованиям при окончательном пробуждении животного весной. В связи с тем что низкий уровень сахара в крови и пониженная температура тела типичны для зимней спячки, некоторые ученые считают зимнюю спячку одним из видов инсулинового наркоза. В доказательство этого они смогли с помощью введения инсулина (а также инсулина и солей магния) вызвать искусственную зимнюю спячку у ежа, которая была очень близка к естественной. Но у других видов животных этот эксперимент не удался.

В результате ряда других опытов было установлено, что при удалении щитовидной железы у зимоспящих животных они не в состоянии впадать в гибернацию. Когда тем же животным вводили гормоны этой железы (тиреоидные гормоны), они могли впасть в состояние зимней спячки. Подобные результаты были получены и с гормонами надпочечников и половых желез, которые также нужны для впадания в зимнюю спячку.

Доказано, что в конце гибернации все органы внутренней секреции, включая и гипоталамус, действуют с повышенной активностью. При пробуждении необходима значительная энергия для согревания организма, что невозможно без усиления выработки гормонов.

В 1977 г. американские физиологи X. Суэн и Ч. Шат посредством введения экстракта мозговой ткани, взятой у животных, находившихся в состоянии зимней спячки, сумели вызвать у теплокровных животных понижение обмена веществ на 35 % и температуры тела на 5 °C.

В ноябре 1982 г. советские исследователи из Института биофизики Академии наук СССР сумели искусственно вызвать состояние зимней спячки v животных с постоянной температурой тела. Опыты были проведены весной на трех группах белых мышей. Первой группе ввели экстракт ткани, полученный в декабре — январе от сусликов, находившихся в состоянии естественной глубокой зимней спячки. Второй группе мышей ввели экстракт тех же тканей сусликов, но полученный в их активный летний период. Третья группа мышей была контрольной — им вводили физиологический раствор. Экстракт получали из эпителия кишок, где синтезируются нейропептиды, которые в дальнейшем поступают в мозг и играют роль регуляторов сложных процессов в нервной системе. Результаты показали, что введение в организм мышей экстракта из тканей сусликов, находящихся в состоянии зимней спячки, существенно понижало потребление кислорода и температуру тела в зависимости от дозы. При введении 1 мкг на 1 г веса потребление кислорода падало до 61 %, а через 4 ч после введения температура тела падала до 32,8 С. При введении 2 мкг на 1 г веса обмен веществ понижался до 76 %, а температура тела к седьмому часу падала до 25 °C. У некоторых животных через 6 ч она упала до 22,5 °C, т. е. мало отличалась от температуры помещения, где проводился опыт. У второй группы мышей, которым вводили экстракт, взятый от сусликов в период их летней активности, не наблюдалось отличия от контрольной группы мышей, которым вводили только физиологический раствор. По мнению советских ученых, в организме зимоспящих животных вырабатывается или резко увеличивается концентрация одного или нескольких веществ, которые до сих пор не удалось идентифицировать. Сначала они понижают обмен веществ, а потом и температуру тела. Советские ученые предполагают, что действие этих веществ подобно действию вещества, выделенного из мозга и крови зимоспящих животных, в вышеописанных опытах[11].

Многие специалисты склонны исключить предположение о том, что такой комплексный процесс, как зимняя спячка, для выработки которой природе понадобились миллионы лет, может вызывать одно химическое соединение.

Расшифровка этой тайны имела бы огромное значение для медицины при лечении ряда заболеваний, так как считают, что во время зимней спячки животные устойчивы к возбудителям болезни[12].

Анабиоз и зимний покой в мире микроорганизмов и в мире растений

В природе анабиоз не является патентом только животных организмов. Он широко представлен и среди микроорганизмов из царства Prokaryotae, к которым относятся все виды бактерий и синезеленых водорослей. Анабиоз представлен и в мире растений (низших и высших). У многих микроорганизмов и видов растений природа в своем длительном эволюционном процессе развития создала прекрасное приспособление для впадания в состояние покоя или анабиоза при неблагоприятных условиях. В этом состоянии они могут переживать в течение длительного времени (для некоторых видов бактерий даже миллионы лет!) и при создании нормальных условий восстанавливать свою жизнедеятельность.

В 1962 г. сенсационно прозвучало сообщение французского микробиолога Г. Домбровского, который заявил, что ему удалось случайно оживить бактерии (Pseudomonas halocrenae), пробывшие в соляных пластах около Бад Нагейма более 180 млн. лет. Г. Домбровский проводил исследования минеральных вод у Бад Нагейма, которое завершил посевом проб в различных питательных средах для выявления бактерий. Он обратил внимание на тот факт, что даже в очень соленых водах обнаруживались живые бактерии. Странным показалось и то, что бактерии обнаружились и в воде, взятой с большой глубины. Взяв у бурильщиков, работавших поблизости, пробы соли, извлеченной с глубины 209 м, Домбровский в стерильных условиях извлек внутреннюю часть пробы, чтобы исключить побочное загрязнение, и сделал посев. Развились два вида бактерий. Опыты были неоднократно повторены — результаты оказались те же: в кристаллах соли, пролежавших в недрах земли более 180 млн. лет, встречались бактерии, способные оживать. Но само «оживление» еще не может служить достаточным доказательством. Ученый расширил свои опыты и вырастил бактерии в питательной среде, в которую каждую неделю добавлял определенное количество соли. Когда получился насыщенный солевой раствор, он выпарил питательную среду. Образовались кристаллики соли, в которые были вкраплены бактерии. После того как кристаллы пролежали несколько недель, из них снова можно было выделить живые бактерии. Выяснилось, что вполне возможно в блоках соли сохранять живые бактерии на протяжении миллионов лет.

Анабиоз у микроорганизмов — давно известный факт: еще Левенгук в 1705 г. встретился с этим интересным биологическим явлением.

В настоящее время известно, что существуют некоторые виды бактерий, которые, попадая в неблагоприятные для них условия жизни, превращаются в стойкие образования с плотной многослойной оболочкой, называемые спорами. Это крайне обезвоженные клетки с толстой оболочкой. Такие спорообразующие бактерии преимущественно представляют собой бациллы и клостридии (принадлежащие к семейству Bacillaceae). За длительный эволюционный процесс они выработали прекрасный способ выживания при неблагоприятных для жизни условиях. При помощи спорообразования они повышают свою устойчивость к физическим, химическим и биологическим факторам внешней среды, сохраняясь в анабиотическом состоянии на протяжении многих лет. Они выдерживают даже высушивание в вакууме, очень низкие и высокие температуры (погибают лишь при 120 °C). Позже, попадая в подходящие для них условия жизни, они снова возвращали свою жизнедеятельность и болезнетворное действие, становясь причиной опасных заболеваний животных и человека. Спорообразующие возбудители сибирской язвы, ботулизма, столбняка, злокачественных опухолей[13], газовой гангрены и др., впадая в анабиотическое состояние, долгие годы сохраняют свою жизнеспособность. Этим объясняется затухание на известный период и внезапное проявление некоторых заболеваний у животных. Известны так называемые мертвые поля, где в прежние времена зарывали в землю животных, погибших от сибирской язвы (сейчас их трупы сжигают). Через какой-то отрезок времени люди при распахивании земли или животные на пастбищах могли заразиться (болезнь является зоонозом, т. е. общей для животных и людей). А споры столбняка не погибают даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Стоит только их разморозить, и жизнь снова возвращается к ним.

Но если вернуться к случаю в Бад Нагейме, удивительно, что обнаруженные бактерии, не образуя спор, пребывали в состоянии анабиоза миллионы лет.

Это не единственный случай, когда были обнаружены древние микробы в анабиотическом состоянии. На разных глубинах в трещинах подземных пластов сумели сохраниться бактериальные палочки — одни «только» 10 тыс. лет, а другие- 1 млн. лет. Недавно такую находку сделали американские биологи из научно-исследовательского института имени Чарльза Дарвина в Дайн-Пойнте. Ученые перенесли обнаруженные ими бактерии в лабораторию в стерильные пробирки и создали им идеальные условия. Вскоре в питательной среде закипела жизнь — бактерии начали размножаться и образовали целые колонии, напоминающие по форме вершину вулкана.

Одним словом, оказалось, что и миллион лет — не предел для жизни микроскопических бактерий, впавших в анабиотическое состояние. Этот вывод важен не только в теоретическом отношении. Он привлек внимание представителей молодой науки экзобиологии, изучающей возможности существования жизни вне нашей планеты, например, на кометах, в наиболее мелких частицах космической пыли или на планетах с резкими переменами климатических условий. Ныне экзобиологи задаются вопросом: не могут ли там на известное время «притаиться» и, когда условия позволят, «воскреснуть» какие-нибудь живые существа?

Еще в начале нашего века и до наших дней большой интерес у исследователей вызывала способность бактерий переносить очень низкие температуры. Так, например, некоторые виды светящихся бактерий, охлажденные до температуры жидкого воздуха (-253 °C) и даже жидкого гелия (-269 °C), после размораживания восстанавливали свою жизнедеятельность и снова начинали светиться. Сейчас уже научно доказано, что жизнь светящихся бактерий сохраняется и в более суровых условиях, приближающихся к условиям космического пространства. Больше того, оказывается, что почти при полном вакууме и при температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые земные микроорганизмы сохраняются даже лучше, чем в идеальных условиях земных лабораторий. По мнению некоторых экзобиологов, простейшие формы жизни попали на Землю из бескрайних просторов космического пространства.

Советский ученый К. Шариков сообщает о проведенных опытах с зооспорангиями (органы бесполого размножения) — возбудителями рака у картофеля, которые в течение двух суток находились в замороженном состоянии в жидком кислороде (- 183 °C) и все же сохранили свою жизнеспособность. Такие зооспорангии вызывали рак картофеля, как и контрольные, не подвергшиеся замораживанию.

В начале 60-х годов молодой советский ученый Николай Чудинов — инженер-исследователь из центральной химической лаборатории Березниковского калийнодобывающего комбината, — исследуя нерастворимые остатки ископаемых калийных солей, совершенно случайно обнаружил нечто поразительное — коричневый поверхностный слой, всплывший в пробирке из осадков, заметно увеличился в объеме. Н. Чудинов не мог предположить, что этот случай касается проблемы сохранения жизнеспособности, так как считал, что жизнь в соли невозможна. Но каково же было его удивление, когда, поместив каплю солевого раствора на предметное стекло и рассмотрев ее под микроскопом, он увидел, что в капле кипела жизнь. Оказалось, что эти организмы представляют собой один из видов микроскопических водорослей. Н. Чудинов снова заключил ожившие микроорганизмы в кристаллы соли, продержал их в этом состоянии около двух месяцев и снова растворил кристаллы. Было чему поразиться: в растворе снова оживали целые колонии микроскопических водорослей. В одном из опытов исследователь лишил водоросли углекислого газа и воздуха, но и в этой среде они продолжали жить. Проделав сотни опытов, Н. Чудинов имел право на некоторые выводы. Явление, открытое им в калийных солях, представляет собой пример сохранения жизнеспособности. Цвет жидкости определялся живыми организмами — водорослями, сохранявшими свою жизнеспособность в анабиотическом состоянии бесконечно долгое время — около 350 млн. лет.

Установлено, что некоторые виды синезеленых водорослей (Cyanophyta) из степных областей образуют студенистую массу на предметах, находящихся под водой. Если их оставить на суше, то они превращаются в сухую черную корочку. В этом состоянии они могут находиться очень долгое время, а когда выпадет дождь, сразу разбухают от поглощенной ими воды и снова превращаются в синезеленую студенистую массу. В 1962 г. американский ученый Камерон установил, что синезеленая водоросль носток (Nostoc communae), хранившаяся 107 лет в гербарии, полностью сохранила свою жизнеспособность.

Выяснилось, что в подобное состояние могут впадать и некоторые зеленые водоросли (Chlorophyta), например, те, которые покрывают зеленым налетом нижние части елей.

Значительная часть лишайников (Lichenes), особенно те, которыми обрастают камни, тоже большую часть года пребывают в анабиотическом состоянии, подвергаясь иссушающему действию прямых солнечных лучей. Например, лишайники ягель (олений мох) и парамелия могут высыхать до такой степени, что превращаются в пыль, если их растереть между пальцами, но после дождя восстанавливают свою эластичность и жизнедеятельность. Могут высыхать и впадать в анабиоз и некоторые виды мхов (Bryophyta).

В анабиотическое состояние впадают и некоторые виды высших растений. Рекорд в этом отношении принадлежит растению бронец (Selaschnella lepidophyla), встречающемуся в прериях Американского континента. Помещенное в гербарий, это растение выдержало целых 11 лет в высушенном состоянии, не потеряв своей жизнеспособности.

Одно из чудес болгарской флоры — это растения родопская габерлея (Haberlea rhodopensis) и сербская рамонда (Ramonda serbica). Оба вида принадлежат к семейству геснериевых (Gesneriaceae) и считаются реликтами третичного периода (остатками растительности третичного периода, некогда обитавшей в нашей стране).

Габерлея — красивый цветок, похожий на примулу, растет на известняковых, сухих и прогревающихся солнцем скалах, а также в тенистых местах в Родопах и в горах средней Старой планины в Болгарии, как и на некоторых плоскогорьях Югославии, а рамонда — тоже красивый цветок — растет преимущественно в Югославии. В Болгарии рамонда имеет ограниченное распространение — на известняковых скалах и на северных склонах Западного подножия Балканских гор. Оба реликтовых вида включены в список растений, находящихся под защитой закона как исключительно редкие и представляющие значительный интерес.

В 1950 г. под руководством одного из наших известных болгарских ботаников академика Николая Стоянова тогда еще молодой научный сотрудник Иван Ганчев попытался выяснить, встречаются ли в болгарской флоре виды растений, впадающих в анабиоз при продолжительном их высушивании, не теряя при этом своей жизнеспособности. Начались многочисленные опыты, испытывалось большое число растений из разных областей Болгарии, но результаты были отрицательными: после высушивания растения погибали. Во всей просмотренной Ганчевым литературе нашлись сведения только о двух высших растениях, обладавших подобным свойством, — одно из них (Miratamnus flebelifolia) в Болгарии не встречается, а второе — сербская рамонда — было исследовано Чернявским и дало положительные результаты. Так как родопская габерлея является близким родственником рамонды, Ганчев начал проводить опыты над обоими видами, поставив себе задачу: проверить данные относительно сербской рамонды и выяснить, свойственны ли ее качества родопской габерлее, сможет ли она выдерживать продолжительное высушивание, не потеряв жизнеспособности. В результате многочисленных опытов Ганчев установил, что родопская габерлея может выдержать в таком состоянии до 31 месяца, а сербская рамонда — до 27 месяцев. Разумеется, это рекордные сроки. Некоторые экземпляры погибали в 16, другие — в 19 месяцев. Самыми жизнеспособными оказались верхушечная точка роста растения и черешки листьев. Опыты были продолжены, и родопская габерлея раскрывала все новые и новые особенности. В летнее засушливое время года на открытых скалах температура часто достигает 45 °C. Там встречались экземпляры габерлеи, свернувшиеся в плотные розетки, почти полностью высохшие. При растирании листьев между пальцами, они превращались в пыль. Высушенная габерлея, хранившаяся три месяца, вынесла нагревание в течение почти 100 мин при температуре 66–76 °C, а экземпляры, хранившиеся дольше (24 месяца), выдержали 52 мин. Особенно интересным оказался тот факт, что наряду с устойчивостью по отношению к засухе и теплу родопская габерлея обладает и относительно высокой морозоустойчивостью. Только при -7 °C начинают замерзать наружные листья розетки. При более сильных холодах, так же как и летом, лиственные розетки свертываются и наружные листья играют роль защитной «одежды».

Болгарские ученые считают, что в процессе эволюционного развития эти виды настолько усовершенствовались, что их биохимические реакции протекают на очень низком энергетическом уровне. Жизнь в их клетках может быть сведена до возможного минимума и снова восстановиться при наступлении благоприятных условий. Такое состояние может быть достигнуто лишь благодаря большой способности цитоплазмы удерживать часть воды. Растения могут потерять до 98 % воды, но остальных 2 % вполне достаточно для поддержания состояния анабиоза.

Анабиотическое состояние является высокоэффективным механизмом выживания при неблагоприятных условиях. Именно эта анабиотическая способность и помогла родопской габерлее и сербской рамонде — этим реликтовым растениям третичного периода — уцелеть до наших дней.

Неизбежно возникает вопрос: что помогает растениям переносить сильное обезвоживание и впадать в состояние анабиоза, при котором обмен веществ протекает настолько замедленно, что практически почти равен нулю? По мнению ученых, при обезвоживании у растений, способных впадать в анабиотическое состояние, не нарушается процесс дыхания, который сохраняет свою так называемую энергетическую полноценность. При обезвоживании у этих растений продолжают образовываться богатые энергией соединения, например АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, образующаяся в процессе дыхания почти до полного высушивания этих растений, передается почти всем клеточным структурам и всему клеточному содержимому, которое, обезвоживаясь, переходит в желеобразное состояние, и клетки могут годами сохранять свою жизнеспособность. У большинства других видов растений при таких условиях протопласт свертывается, и растение погибает.

Подобный процесс происходит и при созревании семян. Известно, что многие виды семян сохраняют всхожесть на протяжении длительного периода (десятилетия и даже столетия).

В начале нашего века исследования всхожести семян провел французский ученый Поль Беккерель. Он проверил более 500 видов семян из собрания Естественноисторического музея в Париже. Некоторые семена сохранялись там еще с конца XVIII в. Оказалось, что дольше других сохраняют свою всхожесть семена растений из семейств бобовых, мальвовых и губоцветных. Часть семян (20 %) клевера, сохранявшихся на протяжении 68 лет, проросла.

Почти одновременно подобные исследования провели и другие ученые, которые доказали, что семена растений в состоянии сохранять всхожесть более 50 лет. Наиболее устойчивыми оказались семена, содержащие минимальное количество воды.

Советский ученый К. Шариков в своей книге «Необыкновенные явления в растительном и животном мире» пишет, что в состоянии анабиоза семена ржи, овса, пшеницы и ячменя могут сохраняться более 10–12 лет, мальвы — 57, клевера — 62, ракитника — 84, а семена лотоса — более 200 лет. Советские ученые также установили, что семена лотоса, пролежавшие в торфяном болоте более 1000 лет, сохранили всхожесть.

При изучении гробниц фараонов в Египте были обнаружены семена пшеницы, которые хранились более 2000 лет, но не утратили способности к прорастанию. Впоследствии, однако, выяснилось, что египтологи были введены в заблуждение мошенниками, которые продавали свежие семена вместо старых семян из гробниц.

Интересный опыт провел в 1879 г. известный американский ботаник Уильям Бил. Он зарыл 20 бутылок, в каждой из которых было по 1000 семян 20 видов сорняков. Ученый поставил целью установить: сколько времени семена могут сохранять свою всхожесть? Каждые 5 лет он выкапывал одну бутылку и высевал семена в стерильную почву. В 1924 г. Уильям Бил умер. Опыты продолжили коллеги ученого, которые увеличили интервалы между выкапыванием бутылок до 10 лет. Американский журнал «Фармере дайджест» сообщил, что семена, посеянные в 1980 г. (т. е. через 101 год), буйно проросли. В Национальной контрольно-семенной лаборатории в штате Колорадо при температуре -20 °C сохраняются семена почти 100 тыс. видов растений. Сотрудники лаборатории проводят испытания на всхожесть семян каждые 5 лет, таким образом контролируя надежность хранения растительного фонда.

Еще более интересное открытие недавно сделали и аргентинские ученые, которые наблюдали всхожесть семян, чей возраст превышал три тысячелетия. Семена принадлежали растению амаранту, растущему на склонах Анд. Эти семена были найдены в тщательно закрытом сосуде в одной из горных пещер в провинции Мендоса.

Установлено, что семена некоторых злаков, пролежавшие известное время в условиях вакуума при температуре, близкой к абсолютному нулю, после этого прорастали и сохраняли свои биологические свойства.

Советские ученые провели исследования с сухими семенами, которые в опытных условиях показали большую морозоустойчивость — при температуре от -100 до — 190 °C они сохраняли всхожесть. Уже получены сообщения, что семена 45 сельскохозяйственных культур после шестимесячного хранения в жидком азоте (-196 °C) успешно прорастали.

В настоящее время считается доказанным тот факт, что семена многих видов растений способны сохранять в анабиотическом состоянии свою всхожесть в течение длительного времени. Но это состояние не может длиться бесконечно долго, оно зависит от условия хранения семян, так что, бесспорно, с каждым уходящим годом всхожесть семян понижается.

Возникает вопрос: если некоторые виды высших растений способны переносить почти полное обезвоживание, то имеются ли растения, которые способны переносить и низкие температуры, впадая в состояние анабиоза? Известно, что там, где бывают суровые зимы, древесные растения могут быть повреждены воздействием кристаллов льда, а затем и погибнуть. Это можно предотвратить лишь при очень быстром воздействии низких температур (например, температуры жидкого азота -196 °C и более низких), которые растения переносят сравнительно легко, потому что при этих температурах вода очень быстро охлаждается и замерзает не в кристаллическом, а в аморфном состоянии. В этом случае цитоплазма в клетках растений не повреждается, поскольку нет кристалликов льда. При одном из таких опытов ветки красной смородины перенесли понижение температуры до — 195 °C и после быстрого размораживания остались жизнеспособными. Но в природе такие низкие температуры

не существуют. В таком случае, как же переносят суровые зимние месяцы растительные организмы?

В течение длительного процесса эволюции различные виды растений выработали приспособления (физиологические, анатомические, биохимические) для выживания при неблагоприятных зимних условиях, обеспечивая таким образом продолжение вида. Однолетние растения проводят зиму в виде сухих зрелых семян, пребывающих в состоянии анабиоза. Большая часть двулетних и многолетних растений теряет свои наземные органы и перезимовывает, хорошо защищенная от морозов и снега, находясь в земле в виде луковиц (лук, подснежник, тюльпан и др.), клубней (картофель, георгины и др.) и корневищ (папоротник, примула, мать-и-мачеха) в состоянии покоя.

Но как перезимовать озимым культурам и древесным видам растений, которые подвержены непосредственному воздействию холодов? Установлено, что еще с осени растения начинают готовиться к зимовке под воздействием понижения температуры и главным образом сокращения продолжительности светового дня, причем древесные виды завершают свой активный рост и готовятся к переходу в состояние покоя. Подготовка растений выражается в понижении обмена веществ и процесса дыхания и в усилении фотосинтеза, что приводит к накоплению запасов питательных веществ — углеводов, белков, жиров, минеральных солей и др. Некоторые из этих веществ повышают густоту сока в клетках и тем самым понижают его точку замерзания (например, клеточный сок, отцеженный из некоторых растений, замерзал лишь при температуре от -5 до -10 °C).

По мнению ряда ученых, растения проходят через две фазы подготовки к состоянию покоя. Во время первой фазы рост прекращается, резко уменьшается интенсивность всех физиологических и биохимических процессов, а листопадные виды (широколиственные деревья) теряют листья. Вторая фаза начинается с первыми холодами (от -4 до -5 °C), когда растение теряет значительное количество воды (обезвоживание клеток) и наступают глубокие физико-химические процессы — изменяются коллоиды, которые становятся более устойчивыми к коагуляции. В результате растения становятся более холодостойкими, и эта устойчивость возрастает в течение суровой зимы. В это время организм растения переходит в состояние глубокого покоя. Неподготовленные к зимовке замерзшие растения погибают потому, что образовавшийся лед в их межклеточных пространствах повреждает цитоплазму. Но зимой этого не происходит, так как клетки растительных тканей связаны между собой особыми цитоплазматическими мостиками, называемыми плазмодесмами, они переходят сквозь поры из одной клетки в другую. При переходе растения в состояние глубокого покоя плазмодесмы втягиваются внутрь клеток и цитоплазма теряет связь с оболочкой (изолируется). На ее поверхности у древесных видов накапливаются жировые вещества. Благодаря процессу изоляции цитоплазмы кристаллики льда, возникающие в межклеточных пространствах, уже не оказывают давления на цитоплазму и не повреждают ее. Внутри клеток у закаленных растений лед образуется при значительно более низких температурах. Однако при очень суровых зимах озимые культуры и плодовые деревья и кустарники все же частично погибают. Вот почему ученые-селекционеры трудятся над созданием морозоустойчивых сортов плодовых и озимых культур. Установлено, например, что для некоторых растений (помидор, огурец, перец, хлопчатник и др.), которые повреждаются не только низкими минусовыми температурами, но и низкими плюсовыми температурами, для повышения их морозоустойчивости необходимо предпосевное закаливание семян переменной температурой (сначала +12 °C, а затем -3 °C) на протяжении нескольких дней. Закаленные таким образом растения становятся морозоустойчивыми и лучше переносят низкие плюсовые температуры и даже весенние утренние заморозки, а также повышают свою продуктивность.

Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно понижается. В этот период опасность замерзания при внезапном похолодании или выпадении снега велика.

Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высокие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рассматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.

Где находят применение анабиоз и зимняя спячка — эти патенты природы?

Можно ли сохранять «запасные части» для нормальной жизнедеятельности?

В последние десятилетия в хирургической практике все чаще стали применять (различные виды трансплантации (пересадок) для замены больных тканей у человека (кровеносных сосудов, крови, костного мозга, кожи, роговицы глаза, кости и др.) и даже целых органов (почек, поджелудочной железы, селезенки, печени, сердца и др.). Для того чтобы в нужный момент обеспечить необходимые ткани или органы, сначала рассчитывали на людей-доноров (дающих кровь или костный мозг), а чаще уповали на случай: вдруг окажется под рукой внезапно скончавшийся в результате катастрофы человек, у которого можно взять необходимые здоровые органы. Но на такие случаи трудно рассчитывать. Бесспорно, значительно удобнее и практичнее иметь в наличии для неотложной пересадки хранящиеся в течение известного периода времени необходимые ткани или органы. Это заставило ученых вспомнить о патентах природы — способности многих видов организмов впадать в анабиотическое состояние.

В этом отношении первые успехи были достигнуты довольно давно, при сохранении в течение длительного времени при низкой температуре мужских половых клеток (сперматозоидов), с целью использовать их для искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, а ныне это применяется и в повседневной практике медицины (на этих интересных проблемах мы остановимся в следующих главах).

В 1951 г. профессор Б. Лайет сообщил, что ему удалось заморозить, кроме сперматозоидов, еще и ряд других биологических объектов. Наибольший интерес представляют его опыты по замораживанию при температуре -150 °C красных клеток крови (эритроцитов) и сердца зародыша цыпленка. При быстром замораживании и быстром размораживании ученому удалось сохранить до 75 % эритроцитов. В результате мгновенного воздействия при температуре -150 °C на сердце зародыша цыпленка и последовавшего затем размораживания при температуре +40 °C было установлено, что сердечная деятельность постепенно восстанавливается.

В 1958 г. французскому ученому Луи Рею удалось с помощью жидкого азота заморозить сердце зародыша цыпленка до -196 °C, причем перед этим его помещали в глицерин. Через некоторое время сердце стали согревать, и при температуре 37 °C оно начало сокращаться.

За последние десятилетия в клинической практике резко возросла потребность в донорской крови. Во многих странах мира созданы специальные центры, откуда можно в любое время получить кровь нужной группы крови и в необходимом количестве. Но сохранить жизнеспособность крови — дело совсем непростое. Уже к концу первой недели кровь доноров портится, даже если ее сохраняют в холодильнике. Тогда ученые решили прибегнуть к помощи глубокого замораживания. На сравнительно просто устроенных безъядерных клетках крови — эритроцитах, как на модели, изучались процессы, происходящие при замораживании и размораживании. Выяснилось, что не все эритроциты остаются живыми после размораживания. Оказалось, что у них есть смертельные враги — кристаллики льда, образующиеся при температуре от -3 °C до — 40 °C, из-за которых клетки крови повреждаются и становятся биологически неполноценными.

Группа советских ученых разработала целый ряд методов эффективного замораживания и размораживания эритроцитной массы. Рентгеноструктурный анализ помог установить, что чем быстрее осуществляется охлаждение эритроцитной массы, тем меньше размеры образующихся кристалликов льда и, следовательно, меньше повреждение эритроцитов. Надежным защитником от льда-разрушителя оказался глицерин. Если эритроцитную массу погрузить в раствор глицерина, его молекулы проникают в эритроциты и образуют связи с молекулами воды, которые значительно прочнее, чем связи между молекулами воды между собой. Именно это препятствует быстрому росту правильной кристаллической решетки льда. Удалось установить, что один из лучших методов заключается в том, чтобы эритроциты, помещенные в раствор, содержавший 10–12 % глицерина, охлаждались бы с помощью жидкого азота до -196 °C за 1–2 мин, а размораживание осуществлялось за 40 с водой, подогретой до +45 °C. Как выяснилось, более быстрое размораживание приводило к повреждению эритроцитов, ибо «врывающаяся» в эритроцит растаявшая вода в этом случае играла разрушительную роль. Оказалось, что методы, разработанные советскими учеными, сохраняют неповрежденными 85–95 % замороженных эритроцитов, а их основные показатели в день размораживания почти re же, что и в день замораживания. В результате многочисленных опытов удалось выявить одно исключительно важное обстоятельство — продолжительность хранения практически не влияет на число эритроцитов, полностью восстанавливающих свои функции после размораживания. Профессор В. А. Аграненко и профессор Ф. Р. Виноград-Финкель вместе с группой своих сотрудников исследовали эритроциты, хранившиеся на протяжении 5 лет при температуре -70 °C, и установили, что все это время замороженные с помощью холода эритроциты сохраняли все свои биологические свойства.

Размороженная эритроцитная масса имеет ряд преимуществ перед донорской цельной кровью, в которую обязательно добавляют консерванты, отнюдь не безвредные для организма. В большинстве случаев после переливания размороженных, хорошо промытых эритроцитов у больных не наблюдалось отрицательных реакций, часто возникающих даже после переливания свежей крови доноров. Кроме того, эритроцитная масса не содержит плазмы крови, а именно в ней развиваются вирусы инфекционного гепатита — тяжелого заболевания, печени, часто поражающего людей, которым перелили натуральную кровь доноров. Если возбудитель гепатита останется на поверхности эритроцитов, то при их промывании коварный вирус удаляется вместе с белковыми фракциями плазмы, лейкоцитами и тромбоцитами, к которым также чувствительны многие больные. Благодаря этим достоинствам размороженной эритроцитной массы хирурги используют ее при операциях с искусственным кровообращением.

В сентябре 1979 г. на советско-американском симпозиуме по проблемам переливания крови в Бетезде (США) профессор В. П. Осипов в своем докладе от имени сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института клинической и экспериментальной хирургии сообщил о результатах использования размороженной эротроцитной массы для заполнения аппарата искусственного кровообращения во время операции. Опыт возглавляемой им лаборатории подтвердил, что и в этом случае размороженные эритроциты переносят кислород не хуже, чем эритроциты натуральной крови доноров, не вызывая при этом обычных осложнений. Весьма важно и другое наблюдение: промытые эритроциты, попавшие в организм больного, практически не изменяют свертываемость крови, а это крайне важно, особенно после сложных операций (например, при операциях на сердце).

В настоящее время консервирование крови, особенно ее компонентов (сыворотка крови, плазма крови, антигемофильная плазма, альбумин крови, глобулин и др.), широко используется в медицинской практике. Медицинские учреждения, оказывая неотложную медицинскую помощь, используют их для переливания крови при всех случаях острого сокращения объема циркулирующей крови, вызванных потерей крови. Некоторые продукты крови, полученные из отдельных составных частей крови, имеют даже известные преимущества перед цельной кровью: у них более продолжительный срок годности в связи с возможностью сохранять их в анабиотическом состоянии не только путем замораживания и лиофилизации (высушивание в условиях вакуума) и — что особенно важно — они не обладают изосерологическими особенностями (т. е. особенностями отдельных групп крови), благодаря чему их можно немедленно переливать в кровеносную систему нуждающегося в этом человека или животного без опасений, что может возникнуть несовместимость по группе крови.

В последнее время для продолжительного консервирования компонентов крови различные фирмы во многих странах сконструировали современную аппаратуру для автоматического замораживания в диапазоне от -10 до — 196 °C (с помощью жидкого азота).

Но ученые на этом не остановились. Если возможно приводить в анабиотическое состояние клетки крови, почему же не попытаться осуществить то же самое с костномозговыми клетками, столь необходимыми при трансплантации костного мозга — операции, известной под названием миелотрансфузии (пересадка костного мозга). Эта операция особенно необходима при серьезном нарушении ряда важных функций гемопоэза (образования клеток крови), защитных механизмов и иммунитета. Именно такое нарушение наблюдается при лучевой болезни, вызываемой вредным воздействием ионизирующих излучений. В подобных случаях самым эффективным средством лечения является пересадка костного мозга.

Французский врач Жаме впервые в мире решился осуществить пересадку костного мозга югославским физикам, подвергшимся облучению от ядерного реактора, несмотря на то что его коллеги пытались убедить его в том, что такая операция опасна и бесполезна. К счастью, опыт удался и физиков удалось спасти. Это была настоящая сенсация.

Пересадка костного мозга оказалась эффективной и при многих врожденных генетических болезнях. Так, например, несколько лет тому назад широкую известность получил случай с годовалым Морисом Илайсом из Калифорнии. Врачи установили у ребенка врожденную агаммаглобулинемию. В его организме отсутствовала защитная система иммунитета, вследствие того что некоторые белые кровяные тельца нормально не функционировали. Жизнь ребенка несколько раз была на волоске. Исчерпав все возможные средства, врачи во главе с профессором Ричардом Стаймом решили применить метод доктора Роберта Гуда из Миннесоты по пересадке костного мозга и таким образом ввести в организм больного новую иммунную систему. С помощью шприца врачи извлекли из грудины его 13-летней сестры Тейми костный мозг. Взятое количество мозга содержало около 2 млрд. жизненно важных для Мориса клеток костного мозга. После успешной пересадки костного мозга потекли дни напряженного ожидания. Так как система иммунитета у маленького Мориса в достаточной мере не функционировала, она не смогла отторгнуть клетки костного мозга его сестры, однако существовала реальная опасность, что клетки сестры предпримут атаку на клетки брата, что приведет к фатальному исходу. После длившегося некоторое время кризиса состояние больного начало улучшаться, а исследование его белых кровяных клеток показало, что в них содержатся женские хромосомы (т. е. они представляют собой клетки его сестры), что доказывало одно: пересадка прошла успешно. Через 2 месяца Мориса выписали из больницы вполне здоровым.

Вот почему решение проблемы длительной консервации костного мозга не терпит отлагательства. Костный мозг, как кровь и компоненты крови, крайне важно сохранять как можно более длительное время, приводя его в анабиотическое состояние путем замораживания, чтобы врач мог им воспользоваться в нужный момент.

Установлено, что при температуре +4 °C клетки костного мозга сохраняют жизнеспособность только в течение суток. Для консервирования их на более длительное время специалисты пользуются способом замораживания при температуре от -76 до — 80 °C, добавляя вещество, легко проникающее через клеточную мембрану и удерживающее внутриклеточную воду, например, 15–30 %-ный глицерин или коллоид диметилсульфоксид. При постепенном замораживании важно соблюдать определенный ритм, чтобы предотвратить гемолиз (разрушение) красных кровяных клеток, содержащихся в суспензии костного мозга, и сохранить в целости ядерные клетки костного мозга. Замороженный костный мозг сохраняется в холодильнике при температуре -80 °C и может использоваться 1–5 лет. Перед употреблением костномозговой материал размораживают на водяной бане при температуре +37 °C. Размораживание можно проводить и медленно при температуре 0 °C в течение 40–60 мин, что более благоприятно сказывается на сохранении в целости ядерных клеток.

В Ленинградском научно-исследовательском институте гематологии и переливания крови сконструирован аппарат для замораживания костного мозга при температуре -196 °C с помощью жидкого азота — для соответствующих экспериментов и неотложных нужд клиник. Для более длительного хранения и замораживания большего по объему количества костного мозга в Англии создан аппарат с автоматическим программным устройством, работающим в диапазоне от +18 до -196 °C.

Но ученые продолжают поиск. После того как им удалось с помощью глубокого замораживания консервировать сперматозоиды, кровь и костномозговую ткань, они задумались над другой проблемой: возможно ли сохранять и другие виды тканей и даже целые органы? В этом отношении представляют интерес исследования, проведенные советским фармакологом членом-корреспондентом Академии наук СССР Н. П. Кравковым с отрезанными ушами кроликов и человеческими пальцами[14]. В артерию отрезанного кроличьего уха Н. П. Кравков с помощью специального аппарата вводил питательную жидкость, насыщенную кислородом и подогретую до определенной температуры, соответствующей температуре тела кролика. Питательная жидкость протекала по артерии всего уха, достигала капилляров, собиралась в венах и капля по капле вытекала через перерезанную вместе с ухом ушную вену. Когда в питательную жидкость Н. П. Кравков добавлял адреналин (гормон надпочечников), кровеносные сосуды сужались, медленнее пропускали питательную жидкость и скорость выделения ее замедлялась, а это доказывало, что ткань кровеносных сосудов еще жива. Мертвая ткань не могла бы реагировать на адреналин. Оказалось, что при условии искусственного подкармливания кроличьего уха питательной жидкостью оно может жить очень долго. Если ухо поместить под стеклянным колпаком над серной кислотой, которая является сильным водопоглощающим средством, оно высыхает и становится похожим на пергамент. Такое ухо Н. П. Кравков сохранял в высушенном состоянии в течение 8 месяцев, затем увлажнял его и оставлял на некоторое время во влажной среде, после чего снова пропускал через его кровеносную систему питательную жидкость. Оказалось, что кровеносные сосуды отчетливо реагируют на адреналин — следовательно, живы.

Подобные опыты ученый проводил и с отрезанными пальцами человека. Их ткань оказалась тоже очень выносливой. Когда отрезанный край заливали парафином и прикрепляли к горлышку колбы, палец удавалось сохранять под стеклянным колпаком в течение нескольких месяцев, если под колпаком оставляли немного воды и несколько капель эфира. Вода поддерживала определенный уровень влажности, а эфир препятствовал процессу загнивания. Кровеносные сосуды пальца отчетливо реагировали на адреналин, ноготь продолжал расти, а при введении в него препарата пилокарпина (вызывающего потоотделение), кожа на пальце начинала выделять пот. Это доказывало, что ткани отрезанного пальца продолжали жить. После продолжительного высушивания и последующего увлажнения и в данном случае, как и при опыте с кроличьим ухом, кровеносные сосуды реагировали на адреналин, следовательно, их ткань была жива.

Несмотря на огромные трудности, в наше время пересадка органов стала действительностью. Уже тысячам больных пересадили почки. Если первые успехи были достигнуты только при пересадке почек, взятых у кровных родственников, то теперь положительные результаты получены при пересадке почек, взятых у трупа, разумеется, при точном определении соответствия группы крови.

После знаменитой операции профессора Бернарда не прошло и двух десятилетий, а уже во многих странах сотням людей сделана пересадка сердца[15]. Пересадка печени уже не считается эпохальным событием, но все же число пациентов, перенесших эту операцию, еще невелико. Достигнутые успехи вселяют надежды на дальнейшее усовершенствование операций подобного рода. Известно, что печень выполняет очень сложную и важную функцию — это настоящая биохимическая лаборатория для обмена веществ в организме. Уже осуществлены и первые попытки пересадки поджелудочной железы, что преследует цель радикально решить вопрос о лечении такого тяжелого заболевания, как диабет (сахарная болезнь). Изучаются также возможности замены периферических нервов, что даст возможность решить вопрос о пересадке конечностей и глаз.

Повседневной медицинской практикой в хирургических клиниках стала пересадка кожи, костей, кровеносных сосудов, роговицы глаза и др.

Многие из этих тканей и органов трансплантировали и до того, как новые криобиологические методы нашли широкое применение в медицинской практике. Чтобы получить необходимые ткани и органы, в то время рассчитывали на случайное совпадение обстоятельств (например, при неотложной и жизненно необходимой операции нужный орган брали у случайно погибшего в катастрофе или внезапно скончавшегося, но не от инфекционной болезни, человека).

Во многих странах ученые в случае смерти от неинфекционной болезни изымают у трупов здоровые ткани и органы, которые немедленно консервируют на длительный период путем замораживания, т. е. переводят их в состояние анабиоза, чтобы использовать в будущем (речь идет о коже, роговице глаза, костях, щитовидной железе, клапанах сердца и др.). В отношении этих органов и тканей утвердилось мнение, что проблема их замораживания и многолетнего сохранения уже решена. Однако вопрос относительно замораживания почек оказался более сложным. В лабораториях у мышей уже получены обнадеживающие результаты — замороженные почки затем пересаживали другим мышам, у которых почки удаляли, и они работали нормально. В исследовательской лаборатории Красного Креста США удалось заморозить почку кролика в жидком азоте путем нитрификации, и орган полностью сохранил цвет и свежесть в отличие от замороженной обычным путем почки, которая темнеет и не выдерживает продолжительного хранения. Что касается почек человека, то, согласно утверждению известного советского криобиолога профессора Н. С. Пушкаря, консервация почек человека с помощью холода тоже стала реальностью (хотя пока только в течение 36 ч).

Недавно в прессе появилось сообщение, что японскому профессору Исаму Суда удалось сохранить в течение 203 дней замороженный мозг кошки и затем снова его «оживить». Перед замораживанием профессор Суда промыл мозг, чтобы удалить кровь из кровеносных сосудов, а затем заполнил клетки 35 %-ным раствором глицерина, чтобы они не разрушались, и наконец заморозил его до -20 °C. «Оживляли» мозг при помощи крови, подогретой до 37 °C. По мнению ученого, в будущем с помощью низких температур станет возможным сохранять и впоследствии восстанавливать и другие органы животных и человека.

В 1975 г. стали известны опыты и другого японского ученого Садзио Сумида (из Центральной национальной больницы в г. Фукуока) — известного специалиста в области замораживания крови. Ему удалось «вернуть к жизни» несколько сердец животных (мышей и крыс), сохранявшихся более 2 лет в замороженном состоянии. По словам Сумиды, оживление сердец холоднокровных животных после продолжительного замораживания уже осуществлялось в Японии и в других странах, но «возвращение к жизни» замороженных сердец теплокровных животных произошло впервые. Эти сердца заморозили в мае 1973 г. Животные были умерщвлены, и после того как их сердца промыли, чтобы удалить из них остатки крови путем введения раствора Рингера через сонную артерию, все еще живые сердца заморозили в сосуде с жидким азотом при — 196 °C. Сначала сердца охлаждали со скоростью 1 °C в минуту до температуры — 80 °C, а затем температуру быстро довели до -196°. Чтобы предотвратить повреждение клеток из-за образующихся кристалликов льда, в сердца ввели раствор глицерина. Размораживали сердца в августе 1975 г., быстро заполняя их полости раствором Рингера при температуре 40 °C.

В настоящее время с помощью искусственного замораживания сохраняют в течение продолжительного срока ряд органов и тканей, извлеченных из трупов в целях их пересадки в случае необходимости. На этой базе в некоторых странах созданы специальные центры, так называемые банки тканей, а по сути, это «банки запасных частей жизни» для человека.

В Советском Союзе существуют специальные центры (например, Институт проблем криобиологии и криомедицины Украинской академии наук), откуда можно получить необходимые ткани и органы для пересадки и спасения жизни нуждающегося в них пациента[16].

Обычно органы и ткани берут у людей, погибших чаще всего в результате катастрофы или скончавшихся от незаразных болезней. Установлено, что некоторые ткани после смерти организма сразу не умирают и в течение нескольких часов сохраняют жизнеспособность. Именно это свойство тканей переживать смерть организма и используется при их консервировании.

Благодаря успехам в области длительного сохранения тканей и органов стала возможной замена различных заболевших органов и тканей человека. Возможно, уже недалек тот день, когда эти революционные достижения перешагнут порог клиник и лабораторий и будут внедрены в широкую медицинскую практику, как это произошло с переливанием крови, пересадкой костного мозга, роговицы глаза, кожи и костей.

В последние годы достигнуты бесспорные успехи и в консервировании эмбрионов (зародышей) животных и человека с помощью глубокого замораживания (т. е. перевода их в состояние анабиоза) и их последующего размораживания и пересадки в организмы самок животных и женщин.

Эти вопросы, по существу, означают революцию в медико-биологических науках, поэтому они вызывают особый интерес и будут рассмотрены в следующих главах.

Возможны ли «химические» анабиоз и гибернация?

В последние десятилетия современная медицинская наука все чаще использует патент природы — анабиоз — при консервировании различных тканей и органов, т. е. «запасных частей», для хирургического «ремонта» путем замены поврежденных или изношенных тканей и органов человека. Однако до недавнего времени среди ученых было распространено убеждение, что только холод в состоянии обеспечить консервирование тканей и органов путем перевода в анабиотическое состояние.

В 1962 г. французский ученый Луи Рей высказал мнение, что «некоторые химические вещества способны эффективно сохранять различные ткани теплокровных животных (как взрослых особей, так и их зародышей), и можно надеяться на то, что будут найдены подходящие условия, при которых консервация жизни станет реальностью».

Несколько позже ученые из лаборатории по пересадке органов Академии медицинских наук СССР под руководством академика В. В. Кованова решили изучить возможность добиться анабиотического эффекта с помощью химических средств. Для этой цели исследователи избрали совсем необычное для консервации живых тканей вещество, являющееся ядом для клеток, — формалин. Этот метод предложили советские ученые В. Парфентов, В. Розвадовский и В. Дмитриенко. Опыты по достижению химического анабиоза с помощью формалина были встречены весьма скептически многими исследователями-медиками. Ученым, однако, удалось доказать, что формалин в слабой концентрации способен обратимо приостановить процессы жизнедеятельности в некоторых органах и тканях. Этот метод оказался сравнительно дешевым, не требующим сложной аппаратуры и вместе с тем достаточно универсальным. Многочисленные опыты с костной тканью показали, что кости, обработанные формалином, долго не теряют жизнеспособности. Эксперименты, проведенные ботаниками и микробиологами, подтвердили эти данные. Они показали, что незрелые клубни картофеля, сохранявшиеся в формалине в течение 3 лет, после их посадки в землю начинали расти, развиваться и плодоносить.

Подтверждением этого открытия могут служить осуществленные в Советской стране тысячи успешных костно-пластических операций и сотни пересадок тканей подопытным животным. А советский химик В. Войно-Ясенецкий успешно трансплантировал и роговицу глаза, обработанную формалином. Она хорошо прижилась и сохранила свою прозрачность.

Но каким образом советским ученым удалось сохранить жизнеспособность тканей и органов, применяя такой сильный клеточный яд? Не противоречит ли это общеизвестным фактам? Почему «оживала» обработанная формалином ткань?

Применение формалина было возможным в связи с обратимостью его химического действия. Другими словами, при определенных условиях формалин вступает в связь с белками, но эта связь в нужный момент легко разрушается. Вот почему после удаления формалина восстанавливаются практически все свойства, живой ткани. Оказалось, что растворы формалина не изменяют структуры клеток и физико-химические свойства кости. Кроме того, обработанная формалином кость стимулирует образование новой костной ткани из окружающих ее тканей, создает молодую костную ткань, и та надежно срастается с костями. Этот метод уже внедрен в клиническую практику в СССР. Так, например, в марте 1968 г. в Институт нейрохирургии им. Бурденко поступила больная, у которой в теменной области черепа обнаружили дефект площадью 40 мм2. Больной была пересажена кость, сохранявшаяся в формалине, и через месяц ее выписали. Периодические осмотры показали, что пересаженная кость нормально приросла. В этом институте успешно проведено уже более 400 подобных операций. На кафедре травматологии и ортопедии при 1-м Московском медицинском институте для пластических операций на позвоночнике используют кости, сохранявшиеся в формалине. Первую такую операцию сделали в мае 1968 г., после чего здоровье больного полностью восстановилось. В Московском институте туберкулеза уже лечат туберкулез позвоночника, пересаживая сохраняющиеся в формалине костные ткани. Так, например, у больной женщины, у которой оказались поражены 5 грудных позвонков и уже появились первые признаки искривления позвоночника, врачи удалили все пораженные позвонки и заменили их костями, предварительно обработанными в формалине. Через 6 месяцев больная встала на ноги, а через полтора года исчезли все признаки болезни. Пересаженные кости нормально выполняли функции удаленных позвонков, а от искривления позвоночника у женщины не осталось и следа.

Осталось проверить: не служит ли кость донора только мертвым механическим каркасом, вокруг которого организм восстанавливает свою собственную ткань? Решить этот вопрос можно было только при полном оживлении активного, жизненно важного органа. Начались эксперименты с сердцем. Результаты показали, что обработанное формалином сердце не реагирует на сильные удары электрического тока (напряжение до 500 В), но при удалении консервирующего раствора (формалина) сердце начинало пульсировать даже в результате слабых электрических импульсов (2,5–3 В), как будто его только что извлекли из организма. Сердце, пересаженное подопытному животному после 6 ч пребывания в формалине, через несколько минут начало пульсировать. Советские ученые многократно повторяли свои опыты, и сердце неизменно оживало. В обычных условиях уже через 2 ч после остановки кровообращения в мышце сердца наступают необратимые изменения, при которых заставить такое сердце снова пульсировать невозможно.

В чем сущность защитного воздействия формальдегида на живые клетки тканей?

Обмен веществ, как известно, является основой жизнедеятельности любой ткани. С другой стороны, никакой обмен веществ не мог бы осуществляться без ферментов — своеобразных белковых катализаторов, ускорителей, находящихся в клетках. И как раз формальдегид оказался универсальным блокирующим средством для ферментативных процессов, не вызывающим разрушение ферментов. Свойства формальдегида открыты еще в 1859 г., но его применение в медицине началось только в 80-е годы прошлого века, когда его 40 %-ный водный раствор стали использовать для дезинфекции, консервирования анатомических препаратов, приготовления сывороток и вакцин. В 1932 г. английский исследователь Э. Пирс изучал взаимодействие формалина с белковыми веществами и выявил «многообразие и сложность этих реакций». В I960 г. тот же исследователь снова вернулся к этой проблеме и установил, что активность ферментов под влиянием формалина исчезает не сразу, а постепенно. В 1938 г. советский профессор Б. Н. Тарусов установил, что нервная и мышечная ткани после обработки их формалином в течение определенного времени сохраняют электрический потенциал. В 1949 г. советский микробиолог Н. И. Леонов высказал мнение, что формалиновые вакцины (приготовленные с помощью формалина) в ряде случаев оказываются не «убитыми», а «живыми». Вирусы и микробы в них не могли размножаться. Был поставлен вопрос о способности микроорганизмов при некоторых условиях жить в растворе формалина.

В результате продолжительных опытов исследователям из лаборатории по пересадке органов и тканей Академии медицинских наук СССР[17] удалось доказать, что формальдегид присутствует во всех жизненно важных органах как промежуточный продукт при реакциях обмена веществ. Превышение его содержания в 4–5 раз по сравнению с нормой приводит к затормаживанию процессов обмена в тканях. Следовательно, путем изменения концентрации формалина можно регулировать интенсивность обмена веществ, можно «выключить» на короткий промежуток времени жизнь органа, т. е. блокировать протекающие в нем процессы, а потом снова их восстановить. Под руководством академика В. В. Кованова проводились опыты по сохранению в формалине и последующей пересадке жизненно важных органов, таких, как почки, сердце, мозг. Сложность проблемы состояла в том, чтобы выбрать точный метод введения формальдегида, чье влияние на отдельные органы следовало изучить непосредственно на живом организме. Для этой цели подопытным животным через вену с определенной скоростью вводили формальдегид в разных концентрациях. Наступило постепенное торможение сократительной функции сердца и биоэлектрической активности сердца и мозга. Полученные биохимические данные свидетельствовали о том, что процессы обмена в органах отсутствовали. Казалось, что они умерли.

Следующая задача состояла в том, чтобы оживить органы. Оказалось, что это вполне реально: после подключения их к току крови почки начали выделять мочу, сердце стало пульсировать в обычном для него ритме, а в мозге появилась электрическая активность, что доказывало обратимость воздействия формальдегида на жизненно важные органы. Те же ученые обнаружили и другие химические вещества, например, ацетальдегид, проционовый и глутаревый альдегиды, которые оказывали подобное воздействие на жизнеспособность жизненно важных органов. Различие состояло только в концентрации раствора и продолжительности воздействия. Обратимость блокирования альдегидами жизнедеятельности биологических объектов доказана советскими учеными на уровне отдельных органов, клеток и молекул. Это явление названо химическим анабиозом.

Таким образом, анабиоз, вызванный глубоким охлаждением, — старое природное средство сохранения органов и тканей, известное уже в начале нашего века, — нашел достойного конкурента.

Значение химического анабиоза состоит в том, что он дает теоретическую основу для использования широкого спектра научных исследований и практических разработок в различных отраслях науки — биологии, медицине, генетике, ветеринарии, агрономии, космической биологии и медицине. Так, например, в Грузинской ССР хирурги Сухумского института патологии и терапии разработали метод консервирования позвонков в меде. В этих условиях физиологические свойства костной ткани сохранялись месяцами. При пересадке такого позвонка в крестцовую область поясницы обезьяны павиана он полностью прижился, и животное стало снова подвижным, как до операции.

Если вдуматься в перспективу этой проблемы, то использование химического анабиоза даст возможность сохранять в течение продолжительного времени (месяцы, годы) различные ткани и органы, необходимые для неотложной трансплантации. Таким образом, можно будет создать обширный «склад» тканей и органов, которые смогут обеспечить спасение жизни тысячам людей.

Выяснив, что искусственно вызвать химический анабиоз отдельных тканей и органов возможно, ученые начали задумываться над вопросом: нельзя ли добиться полной искусственной химической гибернации у животных и человека. Так, в экспериментальных условиях в Голландии был разработан новый химический метод консервирования живой морской рыбы, которую помещали в сосуд, наполненный раствором спирта. Рыба мгновенно впадала в состояние гибернации. Для ее оживления потребовалось лишь перенести ее в сосуд с морской водой. Этот метод особенно удобен при транспортировке живой рыбы на большие расстояния, так как было установлено, что рыба в этом состоянии расходует в 118 раз меньше кислорода, чем бодрствующая.

В различных лабораториях многих стран начали проводить эксперименты в поисках химических методов, которые приводили бы животное в состояние, аналогичное тому, в каком оно находится, впадая в зимнюю спячку. Оказалось, что это возможно, если сочетать блокаду нейроэндокринной системы с понижением температуры тела, которое наступает в результате физического охлаждения, осуществленного с помощью блокирования терморегуляции. Организм в состоянии искусственной гибернации становится значительно более устойчивым к различным видам травм и кислородной недостаточности, что быстро нашло применение в медицине для обезболивания при сложных хирургических операциях.

Метод искусственной гибернации человека был предложен французскими учеными А. Лабори и П. Югенером в 1950 г. и получил в настоящее время широкое распространение. Этот метод находит применение при операциях в тех случаях, когда больные не переносят обычных видов обезболивания.

При искусственной гибернации в организм вводят химические вещества в различных комбинациях. Блокирование нейроэндокринной системы, в частности терморегуляции, наступает благодаря введению в организм смеси химических веществ, оказывающих соответствующее действие. В состав таких смесей входят различные фармацевтические препараты.

Блокирование нейроэндокринной системы приводит к процессу торможения в коре головного мозга, который легко можно усилить с помощью небольших доз наркотических средств.

Искусственная гибернация применяется при сложных операциях, приводящих к резко выраженным нарушениям обмена веществ у истощенных больных. Используется она и в хирургии сердца, при операциях на «сухом», выключенном из кровообращения сердце, что значительно продлевает возможность оперативного вмешательства.

В теплокровном организме, находящемся в состоянии искусственной гибернации, температура достигает 33–30 °C. В результате блокирования нейроэндокринной системы и понижения температуры тела обмен веществ тоже ослабевает. Вследствие этого сокращается потребность организма в кислороде, уменьшается частота дыхания и амплитуда дыхательных движений, так как падает минутный объем вентиляции легких, пульс замедляется, понижается артериальное давление. Больные впадают в состояние глубокого сна, который не нарушается во время хирургического вмешательства.

В медицине химическая гибернация уже находит применение в хирургии, онкологии, оториноларингологии, нейрохирургии, стоматологии, фтизиатрии, травматологии, ортопедии, военно-полевой хирургии в целях блокирования процессов обмена веществ при различных сложных хирургических вмешательствах.

Медики мечтают о возможности при несчастных случаях, когда пострадавший находится в критическом состоянии, тотчас перевести его в состояние гибернации, доставив в специализированное медицинское учреждение. Именно в такой момент введение соответствующего препарата может дать желанную отсрочку. Всего лишь один укол шприца — и жизнь пострадавшего будет на некоторое время выключена. Врачи смогут приступить к лечению через несколько часов или дней, когда клиническая картина травмы останется такой же, что и в первые минуты после катастрофы.

Впрочем, если врачам удастся разработать упрощенные эффективные методы, чтобы вызывать искусственную химическую гибернацию организма с помощью химических средств, вероятно, можно будет лечить и многие другие болезни.

Анабиоз в прикладной микробиологии, вирусологии и энтомологии

Изучение анабиоза у бактерий и вирусов, как выяснилось, имеет огромное значение для теоретических и практических основ решения вопроса продолжительного сохранения свойств микроорганизмов и живых микробных вакцин.

Использование в медицинской и ветеринарной практике живых бактериальных и вирусных вакцин для профилактики заразных болезней у людей и животных приобретает все более широкие размеры, так как живые вакцины обладают (по сравнению с другими видами вакцин) самыми высокими иммунологическими свойствами. Однако большим препятствием в этом отношении является отмирание бактерий и вирусов при продолжительном их хранении, что приводит к быстрой утрате их иммуногенных свойств. Современные наука и практика доказали, что бактериальные и вирусные вакцины можно консервировать на продолжительный срок путем их замораживания или высушивания в условиях вакуума (лиофилизации), т. е. перевода в состояние анабиоза. Больше того, оказалось, что живые вакцины могут усовершенствоваться при лиофилизации из замороженного состояния, т. е. по пути превращения их из твердого в сухое состояние, минуя жидкую фазу. Доказано, что в лиофилизированном состоянии при наличии глубокого вакуума бактериальные и вирусные вакцины, а также и производственные штаммы микроорганизмов (бактерии, рикетсии, вирусы и др.) могут сохранять свои первоначальные свойства в анабиотическом состоянии в течение длительного периода (от одного года до нескольких лет).

Еще в 1935 г. У. Стенли сумел привести в состояние анабиоза вирус табачной мозаики (инфекционное заболевание табака, встречающееся на плантациях) путем кристаллизации при низкой температуре. На какое-то время ему удалось сохранить в этом состоянии вирус, который не потерял своего болезнетворного действия.

В наше время микробиологи сохраняют в контейнерах с жидким азотом (температура — 196 °C) многие виды полезных и болезнетворных микроорганизмов и в случае надобности размораживают их, оживляют и используют для научных и практических целей.

В пищевой промышленности давно используются методы замораживания и сверхглубокого замораживания пищевых продуктов. Установлено, что для полного подавления развития микроорганизмов необходима температура -18 °C, при которой блокируется химическое действие ферментов, в частности, вызывающих прогорклость жиров. При такой температуре практически останавливается всякое развитие основных микроорганизмов, вызывающих опасные пищевые отравления (салмонеллы, Clostridium perfrigens, Clostridium botulinum, золотистого стафилококка). Первые два токсичны при попадании в кишечник, в то время как последние два воздействуют через токсин, образующийся в пищевых продуктах. При сверхглубоком замораживании (в сущности, и сверхбыстром) микроорганизмы моментально впадают в состояние анабиоза, при этом полностью прекращается их развитие и они остаются в том же состоянии, в котором находились в свежих продуктах. Поэтому при длительном хранении продуктов микроорганизмы не в состоянии размножаться, да и все остальные процессы приостанавливаются.

В молочной промышленности уже давно используют низкие температуры для консервирования закваски из бактерий Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus termophilis, Streptococcus lactis, которые в анабиотическом состоянии можно хранить долгое время и даже транспортировать за границу (Болгария экспортирует такие культуры в Западную Европу).

Благодаря низким температурам сохраняются микробиологические удобрения, которые устойчивы по отношению к продолжительному сроку консервирования. Уже создана и технология для получения сухих бактериальных удобрений, которые тоже можно консервировать в анабиотическом состоянии с расчетом на длительное время, причем они не потеряют своих ценных качеств.

В области прикладной энтомологии анабиоз тоже нашел применение при использовании умеренно низких температур, при которых происходит сильное понижение процессов жизнедеятельности и замедляется развитие некоторых видов насекомых. Известно, например, паразитирующее перепончатокрылое насекомое (Trichogramma evanescens), которое успешно используют для биологической борьбы против сельскохозяйственного вредителя — лугового мотылька. Трихограмма откладывает свои миниатюрные яйца в яйца различных видов бабочек, а ее личинки питаются их содержимым, в результате вместо гусениц бабочек вылупляются трихограммы. Именно эта особенность паразитирующего насекомого успешно используется в биологической борьбе против бабочек-вредителей. Во многих странах (в том числе и в Болгарии) уже созданы лаборатории, где успешно разводят трихограмм на яйцах зерновой моли. Эту моль можно разводить круглый год на зерновых продуктах, и она дает миллионы яиц, на которых могут развиваться трихограммы. Установлено, что на 1 кг зерна можно получить примерно 15 тыс. бабочек моли, которые откладывают от 200 тыс. до 300 тыс. яиц. Их заражают трихограммами, и через 4–5 дней зараженные яйца темнеют. В таком виде яйца могут храниться в течение нескольких месяцев в холодильнике при температуре от 1 до 2 °C. В таком анабиотическом состоянии процессы развития насекомых прекращаются или сильно замедляются. Вскоре после того как яйца вынут из холодильника, из них вылупляются взрослые трихограммы. Такое продление срока, необходимого для развития этих паразитических насекомых, дает возможность массового использования зараженных яиц для биологической борьбы в самый подходящий момент — когда луговой мотылек откладывает яйца.

В шелководстве модель анабиоза используется для продолжительного хранения яиц тутового шелкопряда путем воздействия на них низких температур, которые значительно задерживают развитие яиц, вследствие чего гусеницы не могут вылупиться. Это позволяет специалистам шелководства поддерживать генетический фонд и — что не менее важно — дает возможность различным странам совершать обменные операции, транспортируя в анабиотическом состоянии яйца ценных разновидностей тутового шелкопряда.

Длительное сохранение сперматозоидов при помощи анабиоза

Крупным достижением биологической науки является глубокое замораживание семенной жидкости и продолжительное ее хранение (10–20 лет). Этот метод длительного хранения мужских половых клеток целиком основан на возможности приведения их в состояние анабиоза.

Первые опыты со спермой по выяснению консервирующих свойств низких температур проведены в 1866 г., когда механизм действия сперматозоидов в процессе оплодотворения еще не был выяснен. Уже тогда Мантегца сделал сообщение, что сперматозоиды человека можно сохранять, прибегнув к замораживанию при температуре — 17 °C. Он предсказал, что замороженную сперму быков и жеребцов можно будет перевозить на большие расстояния и успешно использовать для искусственного осеменения и размножения животных. Но в то время работы Мантегца не привлекли внимания современников и были преданы забвению.

Первые опыты по замораживанию спермы животных провел в России в 1907 г. Илья Иванов, которого известный болгарский ученый академик К. Братанов назвал «смелым реформатором, который благодаря своей прозорливости и исключительной эрудиции добился таких достижений в науке, которые не потеряли своего значения и сегодня».

Успешное замораживание спермы связано с открытием защитного действия глицерина для сохранения тканей растений. Честь этого открытия, сделанного в 1912 г., принадлежит русскому ученому Н. А. Максимову. Позже английские ученые Смит, Ловелок, Парке и другие изучали действие глицерина на ткани животных. В разных странах началась усиленная работа над созданием подходящих методов для замораживания спермы. В 1938 г. Люйе и Ходап успешно провели глубокое замораживание сперматозоидов лягушки при температуре — 192 °C. В том же году Четлес впервые заморозил сперму человека. После замораживания спермы при температуре -79, -196 и -256 °C 10 % сперматозоидов восстановили подвижность при размораживании.

Когда в 1947 г. появилась статья И. И. Соколовской «Может ли замороженная сперма оплодотворять и давать нормальное потомство?», многие ученые считали эту проблему фантастичной. И. И. Соколовская первая в мире получила крольчат в результате оплодотворения глубокозамороженной спермой. Годом позже И. В. Смирнов сумел получить высокий процент живых сперматозоидов быка после их замораживания. Почти одновременно появились сообщения английских ученых (Смит и другие) о замораживании спермы птиц (главным образом петухов) с использованием глицерина как составной части при ее разбавлении. Позже в Англии ученые Полдж, Смит, Раусон и Парке (1949–1952 гг.) разрабатывают и усовершенствуют метод глубокого замораживания спермы быков. Этот метод и сейчас находит широкое применение во всем мире, причем в ряде стран 100 % коров осеменяют глубокозамороженной спермой.

Учеными уже разработаны надежные методы продолжительного сохранения посредством глубокого замораживания спермы быков, жеребцов, хряков, баранов, козлов, кроликов, собак, петухов и других сельскохозяйственных, а также некоторых диких животных и, разумеется, сперматозоидов человека[18].

Когда речь идет о замороженных сперматозоидах, обычно подразумевают сперму, сохраняющуюся при температуре -79 °C (температура твердого СО2) или чаще при -196 °C (температура жидкого азота). Для продолжительного сохранения спермы необходимо быстро ее охладить до температуры, при которой обменные процессы в цитоплазме сперматозоидов приостанавливаются. При медленном охлаждении спермы при температуре ниже 0 °C образуются кристаллы льда, разрушающие клеточную мембрану сперматозоидов. При быстром охлаждении кристаллы не образуются, а вода замерзает и переходит в стеклообразное состояние (витрификация). При глубоком замораживании спермы важно использовать глицерин (5–7 %), потому что он проникает в клетки и придает цитоплазме способность переносить глубокое охлаждение без существенных нарушений ее структуры и жизнедеятельности.

Замораживание спермы — сложный физико-биохимический процесс. На первый взгляд кажется, что сперматозоиды в замороженном (анабиотическом) состоянии находятся в необычайных условиях, не совместимых с сохранением их жизнеспособности. Но в действительности сперматозоиды в процессе замораживания при оптимальном режиме находятся почти в привычной для них среде, т. е. в жидкой фазе, которая при дальнейшем глубоком охлаждении существенно не изменяет свою структуру, а только свои физические свойства, переходя в твердое аморфное состояние.

Консервирование сперматозоидов методом глубокого замораживания создает следующие возможности: использовать только качественную сперму от проверенных по качеству потомства элитных самцов племенных животных; использовать почти 100 % полученной и сохраненной спермы, в то время как при жидкой сперме используется едва 40–50 %; сократить транспортные расходы и повысить эффективность искусственного осеменения вне зависимости от местонахождения племпитомников; организовать широкий международный обмен спермой ценных племенных животных; обеспечить сохранение на длительные сроки ценного запаса спермы от элитных племенных животных и — что не менее важно — предохранить животных от опасных инфекционных и паразитических заболеваний, передаваемых половым путем. Неограниченные возможности сохранения генетического материала, которые создает криоконсервирование спермы при сверхнизких температурах, несомненно, побуждают ученых проводить многочисленные исследования, гарантирующие доведение этих процессов до совершенства.

В то время как способ искусственного осеменения животных с использованием глубокозамороженной спермы давно и широко распространен во всем мире, в медицинской практике это сравнительно новый метод.

Менее чем за 20 лет искусственное оплодотворение замороженными сперматозоидами решительно проникло и в сферу человеческих нравов. Во всем мире число детей, родившихся в результате искусственного оплодотворения, уже превысило несколько десятков тысяч. На практике существует два возможных случая искусственного оплодотворения женщины: первый — сперматозоидами мужа и второй — постороннего донора. В первом случае цель достигается использованием семенной жидкости супруга, в которой концентрируют и активируют сперматозоиды. После криоконсервации их используют в необходимый момент для искусственного осеменения.

Если никакая предварительная обработка не в состоянии активизировать сперматозоиды супруга, остается единственное решение — прибегнуть к искусственному оплодотворению криоконсервированными сперматозоидами постороннего донора. Установлено, что среди детей, родившихся в результате искусственного оплодотворения, значительно реже встречаются различные аномалии. Однако в этом вопросе существует ряд морально-этических и психологических проблем.

Некоторые супруги, приходя в «банк», где сохраняются замороженные сперматозоиды, испытывают серьезное беспокойство по поводу качеств донора. Во многих странах личность донора сохраняется в тайне, подбирается он анонимно, с учетом того, чтобы его данные приближались к данным супруга (рост, вес, группа крови, цвет кожи, тип нервной системы и др.). Специалисты считают, что в какой-то степени все участники этого процесса остаются в выигрыше. Донор обеспечивает себе воспроизводство своего генетического материала, мать обретает ребенка, а супруги получают наследников, которые отмечены заметным с ними сходством.

Одна из самых сложных проблем — это оплодотворение женщины сперматозоидами собственного супруга, но после его смерти. В мировой практике уже насчитывается большое число подобных случаев. Многие мужчины, которым предстоят рискованные начинания или тяжелые операции, настаивают на том, чтобы с помощью криоконсервации была сохранена их семенная жидкость. Именно для этой цели в некоторых странах даже созданы специальные лаборатории. Этот метод особенно перспективен для мужчин, страдающих болезнью Хочкина, которая излечивается, но после выздоровления они становятся стерильными.

Разумеется, при всех вариантах искусственного оплодотворения у людей возникают деликатные морально-этические и психологические проблемы различного свойства, но они не являются объектом рассмотрения в этой книге.

«Замороженная жизнь» и рождение животных путем трансплантации (пересадки) зигот

Мы рассмотрели проблемы, связанные с научными достижениями в области продолжительного сохранения мужских половых клеток — сперматозоидов, глубокое замораживание которых приводит их в состояние анабиоза.

Но достигнутые успехи не могли полностью удовлетворить ученых. Стал реальным способ замораживания спермы и ее длительного хранения. Почему же не добиться таких же результатов с уже оплодотворенными женскими половыми клетками (яйцеклетками)? Эта идея была осуществлена после 60-х годов, когда получил распространение метод, названный пересадкой зигот.

Чем же обусловливается повышенный интерес к этому столь перспективному, по мнению ученых, методу? Он вызван как большими теоретическими и прикладными возможностями метода, так и его биологической и экономической эффективностью. Применяя этот метод, можно получить возможность более полноценно использовать огромный биологический потенциал плодовитости, присущий определенным породистым самкам животных. Известно, например, что в яичниках коров имеется свыше 80 — 100 тыс. женских половых клеток. Из них за период эксплуатации одной коровы обычно выделяются и оплодотворяются лишь 5 или 6 яйцеклеток и соответственно рождаются 5 или 6 телят. Остальные яйцеклетки не могут реализовать свои возможности. До сих пор для создания стада из потомков коровы с генетически выявленной продуктивностью были необходимы десятки лет. Если корове-донору ввести гормоны, стимулирующие функцию яичника, то можно вызвать суперовуляцию, при которой одновременно выделяется 12–15 и больше яйцеклеток вместо одной, как это происходит при нормальной циклической функции яичников. Эти яйцеклетки попадут в яйцевод, где их при искусственном осеменении оплодотворят консервированными сперматозоидами, взятыми от племенных производителей, потомство которых обладает высокопродуктивными качествами. Зиготы извлекают на 6-й или 7-й день, оценивают под микроскопом их жизнеспособность, а затем, глубоко заморозив (до состояния анабиоза), сохраняют в специальной среде. В нужный момент их размораживают и пересаживают в половой аппарат низкопродуктивных коров — «приемных матерей». Пересаженные зиготы (от высокопродуктивных животных) вынашивают до рождения низкопродуктивные животные, причем они не в состоянии повлиять на наследственные признаки этих зигот. Биологический эффект такого метода состоит в том, что от коровы с высокопродуктивными качествами (дающей, например, 10 тыс. л молока в год), можно будет получить за 2–3 года 50–60 телят. Все они будут обладать генетически обусловленной высокой продуктивностью элитной матери — донора. В этом и заключается большой экономический эффект. Подкрепляется он и еще одним обстоятельством: вместо того чтобы ввозить высокопродуктивных коров из-за границы, для чего необходим специальный транспорт, затрата больших средств, причем животные подвергаются естественному риску заболеваний, создается возможность получать такие же ценные экземпляры посредством международного обмена замороженными консервированными зиготами.

Метод трансплантации открывает возможность увеличения рождаемости у коров телят-близнецов, что увеличивает производство мяса. Этого можно добиться путем пересадки двух зигот «приемной матери».

Идея пересадки зародышей не нова. Еще в 1890 г. в Кембриджском университете англичанин Уолтер Хип сумел получить таким способом двух кроликов ангорской породы от крольчих породы «Бельгийский великан». Но более полувека никто не обращал внимания на эту интересную новость в биологии размножения. Только в 1950 г. коллектив под руководством профессора Роусона из Кембриджа начал проводить опыты по пересадке зародышей у крупного рогатого скота[19]. В период 1964–1969 гг. уже появились первые сообщения об успешных опытах с коровами: Роусона и его сотрудников, а позже Беттериджа и Митчела (1974 г.); Хана и его сотрудников (1974); Микельса (1974 г.); Грэхема (1974 г.); Гордона (1975 г.) и других. Для этого периода характерно то, что до 1976 г. зиготы извлекали хирургическим путем. Позже все большее распространение получило извлечение зигот с помощью зонда. Это метод дает лучшие результаты, и его можно применять в условиях молочной фермы. Извлеченные зиготы подвергают тщательному исследованию, и в случае одобрения их пересаживают коровам или переводят в состояние анабиоза, замораживают для сохранения на более продолжительный срок и использования в будущем.

Криоконсервация имеет два серьезных преимущества: во-первых, пересадку можно осуществлять в нужный момент и, во-вторых, законсервированные зиготы можно перевозить на большие расстояния (даже за границу).

Преимущество нехирургических методов извлечения и пересадки зигот у крупного рогатого скота состоит в следующем: возможности повторного использования одной и той же коровы-донора; пересадку можно осуществлять в условиях молочной фермы, когда корова находится в стоячем положении; нет опасности, связанной с вскрытием перитониальной полости.

Однако у овец, коз и свиней пока продолжают применять хирургические пересадки, в то время как у лошадей нехирургические методы дали до 75 % выживаемости пересаженных зародышей[20].

В последнее время разработаны методы кратковременного сохранения зигот коров в яйцеводах крольчих, которые в данном случае используются как промежуточные биологические «инкубаторы». Этих крольчих можно без труда перевозить на большие расстояния, и в течение нескольких дней сохранять зиготы, которые затем пересаживают подготовленным для этой цели телкам и коровам. Этот метод однажды поспособствовал одной курьезной операции: находчивые контрабандисты, чтобы переправить через границу запрещенную к вывозу ценную породу крупного рогатого скота, с помощью специалистов пересадили зиготы в яйцеводы крольчих, которых «законным путем» вывезли в другую страну.

Возможность пересаживать зиготы одного вида животного другому виду натолкнула ученых на мысль попытаться осуществить пересадку зигот редких видов диких животных, которые в условиях неволи в зоопарках не приносят потомства. Так, например, недавно в США благодаря сотрудничеству между несколькими зоопарками и университетским медицинским центром в штате Цинциннати был извлечен зародыш из утробы тигрицы и пересажен львице, которая и родила тигренка[21]. Подготавливаются опыты и с другими редкими видами диких животных. Специалисты считают, что таким образом можно будет сохранить некоторые виды животных, которых остается все меньше и меньше. Так, например, полным ходом идет подготовка экспериментов по пересадке коровам зародышей некоторых диких африканских и индийских видов жвачных животных, которым грозит полное исчезновение.

В течение последнего десятилетия многое сделано для того, чтобы добиться длительного сохранения зигот посредством их замораживания при сверхнизких температурах (путем перевода их в состояние анабиоза) или, иначе говоря, обеспечить своего рода «замороженную жизнь». Однако в отличие от спермы, в которой при замораживании сохраняется свыше 10 млн. сперматозоидов в каждой дозе, зародыш представляет собой значительно более сложную структуру. Его клетки содержат 90 % воды, в связи с чем существует опасность образования кристалликов льда. Вот почему ученые сконцентрировали свои усилия на использовании криопротекторов, которые после размораживания зародышей можно удалить. Перед использованием для трансплантации замороженные зародыши снова подвергаются тщательной проверке.

В начале 70-х годов специалистами из Национальной лаборатории в Оук Ридже (США) удалось впервые заморозить зародыши лабораторных мышей при температуре — 196 °C, не повредив их. Эти зародыши после размораживания были пересажены в матку самок мышей, продолжили развитие, и родились вполне нормальные мышата. Но для того чтобы добиться этого успеха, пришлось заморозить при различных низких температурах свыше 2500 зародышей на различных стадиях их развития (от одной клетки до многоклеточных). Например, 1 тыс. зародышей заморозили при температуре -196 °C. После размораживания большинство из них оказались вполне жизнеспособными. Когда их пересадили в организмы самок мышей, они нормально развивались до взрослых животных, способных продолжать род.

Успех опыта объясняется тем, что замораживание и размораживание производились исключительно медленно и с применением специальных веществ, предотвращающих образование кристалликов льда. Задача заключалась в том, чтобы вода при замораживании не переходила в кристаллическое состояние, а постепенно диффундировала из зародышей. Опыты давали положительные результаты, если температуру понижали со скоростью от 0,3 до 2 °C в минуту. Когда же процесс замораживания ускоряли до 7 °C и более в минуту, все зародыши погибали.

В 1973 г. ученым из Кембриджа (Англия) сопутствовал успех в новом опыте: родился теленок из замороженного зародыша, ранее законсервированного при температуре — 196 °C. Корова, у которой извлекли этот зародыш, не стала матерью животного. После оплодотворения путем искусственного осеменения зиготы извлекли из организма коровы-матери и пересадили другой корове, которая вынашивала теленка в течение 9 месяцев.

Благодаря этому методу можно сохранять зародыши некоторых ценных пород буквально десятилетиями, т. е. даже и после того, как сами производители умрут. Взятые у них зародыши можно заморозить и сохранить.

В 1979 г. советскими учеными была успешно осуществлена пересадка замороженного, а затем размороженного зародыша. Советские ученые испробовали пересадку зародышей различного «возраста», замороженных и незамороженных, на разных стадиях полового цикла коровы — «приемной матери».

Как уже было сказано, метод замораживания дает возможность транспортировать зародыши даже через границы. Так, например, летом 1979 г. в Научно-исследовательском центре животноводства около города Ростока (ГДР) родился «экспериментальный» теленок. Необычным в этом случае было то, что он развился из яйцеклетки, оплодотворенной в Зоотехническом институте польского города Белица. Вскоре после оплодотворения зиготу заморозили при температуре -196 °C, перевезли в ГДР и сохраняли в жидком азоте более 3 месяцев. Затем зиготу извлекли из азота, постепенно разморозили и пересадили в матку телки местной породы. Через определенное время родился здоровый теленок весом 67 кг.

Методом глубокого замораживания зародышей стало возможно консервировать чистые линии лабораторных мышей, сохраняя замороженные зародыши, вместо того чтобы непрерывно содержать и разводить животных для сохранения нужной линии. Этот метод предлагает и способ сохранения редко используемых мутантов и вариантов, что более выгодно с точки зрения экономической, чем поддерживать их живыми. Безусловно, этот метод представляется надежным средством против потерь вследствие какого-нибудь несчастного случая или опасного заболевания.

Хотя большую часть исследований до сих пор проводили на лабораторных мышах, в последнее время получены результаты и при замораживании зародышей крыс и кроликов. Уже ряд лабораторий в Европе, Америке, Японии и Австралии создал «банки замороженных зародышей», в которых надежно сохраняются ценные линии лабораторных животных. Обсуждается даже возможность с помощью этих «банков зародышей» из различных стран создать «международную коллекцию замороженных культур лабораторных животных». Подобные замороженные зародыши при необходимости можно быстро транспортировать через границы[22].

Французские ученые из Центра научных исследований «Жуан-Жозас», стремясь установить, не оказывает ли замораживание отрицательного влияния на зародыши, занялись изучением морфологических изменений замороженных зародышей крупного рогатого скота. С помощью сканирующего электронного микроскопа они исследовали структуру изменения на поверхности зародышей и установили, что после замораживания и размораживания заметных нарушений не наблюдалось.

Почти целое десятилетие ученые изучают проблемы долговременного консервирования зародышей путем замораживания (в состоянии анабиоза). Из размороженных зародышей уже получено несколько тысяч животных различных видов. Многие специалисты склонны считать, что подобная процедура со временем станет такой же обычной, каким ныне стало искусственное осеменение.

В последнее время стало возможным распознавать пол зародыша путем анализа хромосом клеток наружного слоя зародышевого пузыря, однако при этом снижается вероятность того, что зародыш уцелеет. Пол можно определить, прибегнув к некоторым иммунным реакциям, связанным с Y-хромосомой, или выявив половой хроматин в ядрах клетки из околоплодной жидкости, которую извлекают с помощью пункции через влагалище или перитонеум в количестве около 10 мл в течение первой половины беременности. При наличии полового хроматина, находящегося на внутренней поверхности ядерной мембраны, можно с полной уверенностью установить, что плод — женского пола. В некоторых странах (Канаде и др.) уже получены телята желаемого пола. В комбинации с техникой замораживания этот метод предоставляет возможность выбирать между мужским и женским приплодом.

Новая техника раскрывает огромные возможности перед селекционерами, занимающимися созданием новых пород. Наследственность любого высокопродуктивного животного может быть сохранена в течение длительного срока путем замораживания зародышей, так что даже преждевременная смерть производителя не приведет к неотвратимым последствиям и полной потере породы.

Для увеличения приплода сельскохозяйственных животных во многих лабораториях проводится ряд интересных и перспективных опытов. Так, например, оказалось, что если между 6-м и 7-м днем развития зародышей произвести с ними некоторые требующие особенной осторожности и точности манипуляции, в результате рождаются ягнята-близнецы и телята-близнецы.

Ныне усилия ученых направлены на получение зародышей путем оплодотворения яйцеклетки in vitro (вне организма) — так называемых животных из пробирок[23]. Таким способом можно получить много зародышей от животных с исключительно ценными продуктивными качествами. В этом отношении уже достигнуты заметные успехи. Так, в 1981 г. сообщалось, что на ветеринарном факультете Пенсильванского университета родился первый в мире теленок из пробирки. Точнее, оплодотворение было произведено не в пробирке, а в небольшом стеклянном сосуде для выращивания культур. Руководитель группы, осуществивший этот эксперимент, сообщил, что беременность продолжалась 280 дней, теленок родился здоровым и вполне нормальным во всех отношениях. Неоплодотворенную зрелую яйцеклетку взяли у породистой коровы и после оплодотворения размороженными сперматозоидами поместили ее в специальные инкубационные условия. Позже зародыш пересадили в матку другой коровы, которая нормально его выносила. Это достижение раскрывает перед животноводством богатые перспективы. Специалисты надеются, что эти исследования помогут решить и некоторые проблемы бесплодия у человека.

В планах на будущее ученые ставят перед собой задачу после извлечения зиготы из организма и помещения ее в стеклянный сосуд, применив современные методы электронной микроскопии, биохимии и иммунологии, изучить сложные биологические процессы, протекающие в течение одного из самых важных периодов процесса размножения — начального эмбриогенеза. Используя способ так называемой зиготной инженерии, можно будет осуществить межклеточную гибридизацию, а также выяснить некоторые процессы в иммунных отношениях между матерью и плодом. Предполагается, что можно будет размножать зародыши от идеальных родительских пар путем пересадки ядер клеток зародыша на начальных стадиях развития в только что оплодотворенные яйцеклетки. У лягушек этого добились еще 30 лет тому назад, но до сих пор из всех млекопитающих, над которыми производился этот сложный эксперимент, успех отмечен только у лабораторных мышей (и то лишь в самое последнее время)[24].

Исследования в области трансплантации зигот в Болгарии и в других социалистических странах согласуются в рамках СЭВа. Осенью 1979 г. в Варне состоялось совещание экспертов из социалистических стран по вопросам трансплантации зигот у животных. Болгарскую делегацию возглавлял видный ученый в области биологии размножения академик Кирилл Братанов. На совещании был учрежден международный научно-исследовательский коллектив по проблемам пересадки зигот, который должен объединять и согласовывать работу специалистов из социалистических стран. На Институт биологии и иммунологии размножения и развития организмов при Болгарской Академии наук возложена разработка иммунологических проблем, связанных с пересадкой зигот. Болгарскому коллективу ученых, возглавляемому академиком К. Братановым, поручено заниматься разработкой технологии — этого особенно перспективного метода в овцеводстве.

С 1979 г. сотрудники Института биологии и иммунологии размножения и развития организмов при Болгарской академии наук под руководством доктора К. Блахова при содействии Научно-производственного объединения по разведению крупного рогатого скота и овцеводству при Национальном агропромышленном союзе (НАПС) провели ряд опытов с трансплантацией зигот у овец. Были получены первые ягнята, из них некоторые — результат опыта, проведенного совместно с Институтом зоотехнии в Кракове. Оплодотворенные яйцеклетки, полученные в Польше, были доставлены самолетом в Болгарию, где их хранили в течение 320 дней при температуре — 196 °C (жидкий азот). Затем размороженные зиготы пересадили специально подготовленным овцам, которые их выносили и родили ягнят. Болгарские специалисты провели удачные опыты по пересадке зигот у овец и в Институте горного животноводства и земледелия в городе Троян. Там родились жизнеспособные ягнята с высоким весом (6300 г). До середины 1983 г. в результате пересадки зигот в Болгарии родилось 20 ягнят. В 1981–1982 гг. на молочной ферме села Рыжево Конаре Пловдивского округа получено несколько телят от пересаженных свежих зародышей. На этой же ферме в феврале 1983 г. родились 4 теленка от замороженных зародышей, полученных из Чехословакии. В будущем при Сельскохозяйственной академии предусматривается организация центра по пересадке зигот.

Новая техника предоставляет специалистам животноводства возможность улучшать качества стада значительно быстрее, чем при искусственном осеменении. Можно будет подбирать не только отца, но и мать, причем молодняк производится «приемными матерями». Если родятся телята женского пола, они вольются в стадо. Если потомство окажется мужского пола, некоторых из них оставят для нужд племенного разведения. Новый метод поможет приступить и к другим начинаниям, например, к превращению молочного стада скота в стадо, дающее мясо. Представляется возможность продолжить род животных с особенно ценными качествами, жизнь которых подходит к концу. Для вышеуказанных целей достаточно сохранить их последних зародышей.

Если 10 лет назад проблема пересадки зигот ограничивалась сферой лабораторных исследований, то сейчас накопленный богатый опыт внедрен в практику животноводства и способствует интенсификации работ по разведению и улучшению пород скота и выяснению важных теоретических проблем в области биологии размножения.

Метод трансплантации зигот быстро прогрессирует. Это подтверждается следующими фактами: только в 1980 г. в США этим методом было «произведено» 23 тыс. телят, в Канаде — 7 тыс., в Швеции — тоже несколько тысяч.

С генетической точки зрения этот метод дополняет искусственное осеменение при улучшении стад сельскохозяйственных животных. С экономической точки зрения замороженные зародыши оказались исключительно удобными для международного обмена животными. Замороженные зародыши значительно лучше, чем живые представители соответствующей высокопродуктивной породы, переносят продолжительные перевозки.

Можно ли производить «детей в пробирках»?

Еще в 1940 г. американские ученые А. Хертиг и Дж. Рок провели опыты с оплодотворением человеческих яйцеклеток. Однако анализ результатов показал, что деление яйцеклетки после оплодотворения протекало с заметным отклонением от нормы. В 50-е годы американский исследователь Л. Шеттлз сообщил, что ему удалось наблюдать развитие оплодотворенной человеческой яйцеклетки (зиготы) вне организма. Но яйцеклетки совершали лишь 2–4 деления, после чего их развитие прекращалось. Деление человеческих зигот наблюдал и советский ученый Г. Петров, а также коллектив ученых под руководством академика М. Петрова-Маслакова. Но никому из них не удалось трансплантировать зиготы в утробу женщины. Позже в газетах появилось сообщение о том, что профессору Дугласу Бевису из университета в английском городе Лидс удалось оплодотворить яйцеклетки в пробирке. Профессор Д. Бевис провел свыше 30 опытов, из которых 3 закончились успешно, и бездетные женщины родили. Но одно дело — сенсация в газете, а другое — научное сообщение, документированное и подкрепленное публикацией в научном журнале.

После удачной пересадки животным зигот, оплодотворенных в организме животного (что, разумеется, не представляет особых трудностей, так как материнский организм был нормальным и здоровым), ученые задались целью выяснить, нельзя ли произвести оплодотворение вне организма, т. е. «в пробирке», с целью оказать помощь женщинам, у которых в силу разных причин нарушена проходимость яйцеводов и которые обречены на бездетность. Такие случаи являются, например, результатом оперативного удаления обеих маточных труб при внематочной беременности. У таких женщин яичники функционируют нормально, в них созревают и выделяются яйцеклетки, но оплодотворение произойти не может по той простой причине, что исключается встреча яйцеклетки со сперматозоидами. Ни один из известных ныне методов лечения не может помочь этим женщинам стать матерями. Тогда специалисты пришли к выводу, что единственный способ помочь таким пациенткам — взять у них зрелую яйцеклетку и, оплодотворив ее вне организма, пересадить в матку. Но эта проблема оказалась довольно сложной. Многолетние опыты над животными уже начали давать обнадеживающие результаты. Сравнительно легко удалось оплодотворить in vitro яйцеклетки мышей.

Метод выращивания яйцеклеток мышей в культуре сейчас хорошо изучен, и его можно воспроизвести почти в любой современной биологической лаборатории. В Советском Союзе этот метод нашел применение, например, во Всесоюзном институте акушерства и гинекологии[25] и в Ленинградском институте экспериментальной медицины, Академии медицинских наук СССР.

Однако если с мышами дело обстоит довольно благополучно, то яйцеклетки крыс — рода, весьма близкого к мышам, — вне организма по неизвестным причинам не способны к нормальному развитию. Очень трудно добиться развития вне организма и яйцеклеток других млекопитающих.

Опытным путем установлено, что оплодотворить яйцеклетку кролика вне организма возможно только в том случае, если сперматозоиды предварительно активированы их введением в полость матки крольчихи до или во время овуляции, но не после. По-видимому, здесь играют роль какие-то вещества, выделяемые так называемым желтым телом — железой, возникающей и развивающейся в яичнике сразу после овуляции. Если яйцеклетка, выделенная при овуляции, осталась неоплодотворенной, то через неделю-другую желтое тело дегенерирует, если же оплодотворение осуществилось — оно продолжает развиваться и функционировать почти до момента рождения плода. В чем же причины неудач? Очевидно, в том, что нельзя точно воспроизвести те условия, при которых развивается яйцеклетка в материнском организме, — условия, которые, кроме того, имеют свои особенности у каждого вида животных. В яйцеклетке запрограммированы не только процессы ее дальнейшего развития, но и ее требования в отношении условий внешней среды. И если искусственно созданные условия не соответствуют этой программе — развитие яйцеклетки прекращается.

Культивирование зигот млекопитающих вне организма — сложный процесс. Даже если яйцеклетки оплодотворены, но не прошли в организме первого деления, они вне его не развиваются[26]. Предполагается, что первое деление зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) находится под контролем выделяемых материнским организмом эстрогенных гормонов, стимулирующих процесс удвоения хромосом в ядре зиготы. Подтверждением этому служит тот факт, что если в яйцеводы, взятые у нормальных самок, поместить зиготы, то они начинают делиться. Но простое прибавление эстрогенов в питательную среду не решает проблемы. Желтое тело, пока оно существует, выделяет гормон — так называемый лютеинизирующий гормон (гормон желтого тела), который обеспечивает нормальное течение беременности, не допуская преждевременных сокращений мускулатуры матки. Кроме того, пока оно функционирует, невозможно оплодотворение новых яйцеклеток, и в этот период сперматозоиды не активизируются. Этот контроль над оплодотворением имеет глубокий биологический смысл — забеременевшее животное не должно забеременеть вторично. Но этот механизм создает серьезные затруднения для исследователей, пытающихся оплодотворить яйцеклетку вне организма.

В наши дни многим исследователям удалось осуществить пересадку яйцеклеток, оплодотворенных вне организма, в матку самок. Такие яйцеклетки развивались в жизнеспособных животных. В Советском Союзе подобная пересадка у овец удалась Ф. М. Мухамадгалиеву и Р. Б. Абелгинову в 1968 г; в Польше того же результата добился с мышами в 1959 г. А. Тарковский; в США, также работая с мышами, — Дж. Биггерс со своими сотрудниками в 1965 г.; в Японии — с коровами Т. Сугие в 1965 г. Данные об этих опытах опубликованы в научных журналах. В Болгарии успешные опыты по оплодотворению вне организма яйцеклетки грызунов (мышей и хомяков) проводил старший ассистент кафедры общей биологии Медицинской академии доктор Илья Ватев.

Но все эти успехи достигнуты в опытах, проведенных на животных. А как обстоит дело с человеком? Мы уже упоминали о ряде ученых, чьи опыты оказались безуспешными.

Лишь в конце 60-х — начале 70-х годов английскому физиологу доктору Роберту Эдвардсу из Кембриджского университета в результате многочисленных экспериментов удалось оплодотворить вне организма человеческую яйцеклетку и довести развитие зародыша до стадии бластоцисты, а в июле 1978 г. в пригородной больнице близ Манчестера родился первый официально признанный «ребенок из пробирки», названный Луизой. Это событие принесло мировую славу доктору Роберту Эдвардсу и гинекологу профессору доктору Патрику Стептоу.

Радио, телевидение и газеты немедленно распространили новость, объявив ее самой значительной научной сенсацией года. Английская газета «Дейли мейл» за очень большую сумму купила у родителей право первой снимать и писать о «ребенке из пробирки». Французская печать всячески изощрялась, придумывая для младенца самые впечатляющие определения. Так, газета «Ле матен» объявила его «ребенком невозможного», газета «Ле поан» — «ребенком, пришедшим из небытия», «Нувель обсерватер» назвала зачатие матери «таинственным» (или «загадочным»). Средства массовой информации других стран называли новорожденного чудо-ребенком, ребенком века и т. п. Представители католической церкви незамедлительно предприняли попытку умалить значение этого достижения, объявив, что это не что другое, как «бегство от человеческой природы».

Что же в действительности так взволновало весь журналистский мир?

Мать — 30-летняя Лесли Браун — страдала бесплодием в связи с закупоркой маточных труб. В течение нескольких дней в ее организм вводили гонадотропные гормоны, стимулирующие созревание яйцеклеток, а также гормоны, способствующие начальной беременности. 10 ноября 1977 г. при общем наркозе врачи разрезали брюшную мускулатуру и ввели лапароскоп, с помощью которого осмотрели яичник. Используя специально сконструированный зонд, врачи извлекли из яичника зрелые яйцеклетки, поместили их в подготовленную для этой цели питательную среду, в которой находились секрет из яичника и сперматозоиды отца — Джона Брауна. В «пробирке» были обеспечены условия, близкие к тем, при которых происходит оплодотворение в человеческом организме. Через 18 ч. профессор Стептоу и доктор Эдварде смогли наблюдать начало первого деления оплодотворенной яйцеклетки. Второе деление началось через 36 ч, а третье — через 51 ч. Образовался зародыш из 8 клеток. При последующих делениях зародыш превратился в морулу, а после 4-го дня достиг стадии бластулы. Клетки зародыша уже нельзя было пересчитать. На 5-й день зародыш был перенесен в матку матери (в естественных условиях вышеописанный процесс развития зародыша происходит в яйцеводах; зародыш становится способным закрепиться в стенке матки также на 5-й день). Одновременно с этим матери дополнительно вводили новые порции гормонов, после чего и была осуществлена трансплантация зародыша. Несмотря на полученные до этого момента вполне обнадеживающие результаты, врачи опасались, что организм Лесли может отторгнуть «инородное тело» (даже у здоровых женщин при естественной беременности из-за какой-то аномалии наблюдается отторжение до 50 % зигот). Но врачи преодолели и этот биологический барьер. С помощью специального безболезненного и безвредного аппарата (эхографа) они непрерывно следили за происходящими процессами, за формой и размерами зародыша, проводили исследования околоплодной жидкости и хромосомного набора (для проверки физических и умственных качеств будущего человека). И наконец, в июле 1978 г. они прибегли к кесареву сечению, и родилась вполне нормальная Луиза весом 2600 г. Теперь «ребенок века» радуется доброму здоровью и пользуется всемирной славой. Более того, почти через 4 года после рождения Луизы у нее появилась сестра, названная Натали (тоже «ребенок из пробирки»). На сей раз роды были преждевременными, но естественными. Ребенок появился на свет в больнице Бристоля (Англия).

Сейчас уже во многих странах получены «дети из пробирок» (только в Англии к концу 1983 г. родилось 57 таких младенцев, но они есть и во Франции, США, Австралии, ФРГ, Индии, Чехословакии и др)[27]. «Ребенок из пробирки» перестал быть сенсацией в современном медицинском мире, а вот «близнецы из пробирки» впервые появились в Мельбурне (Австралия). Счастливцами оказались в начале 1984 г. супруги Мейс, у которых не было детей более 10 лет. Близнецы — брат и сестра (Стивен и Аманда) — родились при помощи кесарева сечения.

Естественно, что эти уникальные случаи рождения «детей из пробирки» вызвали продолжительное обсуждение и споры по многим морально-этическим и юридическим проблемам, возникающим в связи с самим фактом оплодотворения женщин вне организма: имеют ли право врачи выращивать зародыши человека вне организма и распоряжаться теми из них, которые не возвращаются матери (например, при глубоком замораживании для продолжительного хранения); имеют ли право врачи предварительно определять пол (подбирая бластоциты), что может привести к нарушению естественного соотношения приблизительно 1: 1 между двумя полами; не опасен ли этот метод оплодотворения вне организма, при котором можно моделировать людей по желательным для родителей показателям (талантливые, красивые, сильные и пр.); как определять отцовство, когда мужские половые клетки взяты не у главы семьи и др.

Видный советский ученый академик Л. Петров-Маслаков по поводу многих спорных вопросов высказал следующую точку зрения: «Хотя научная целесообразность и практическая польза подобных исследований не подлежит никакому сомнению, моральные стороны проблемы вызвали (если судить по западной печати) чересчур шумные и острые споры. Это естественно и можно понять: такие исследования вторгаются не только в сокровенные глубины физиологических процессов, но и в одну из самых сложных и самых интимных сфер человеческого существования. По нашему мнению, следует широко информировать общественность о характере и возможных последствиях исследований подобного рода, чтобы можно было выработать правильное отношение к ним. Однако, когда все это подменяется сенсационной шумихой вместо серьезного рассмотрения возникающих вопросов, тогда внимание сосредоточивается на мнимых проблемах. Например, создается впечатление, что в иностранной прессе, по существу, обсуждается только один вопрос — морально или неморально допускать, чтобы женщина рожала, если оплодотворение осуществляется искусственно, т. е. «в пробирке». А разве в этом суть проблемы? Да разве есть что-нибудь более естественное и более моральное, чем стремление женщины иметь ребенка? Добавим к этому, что речь идет о женщине, которая не может родить иначе, чем только после «пересадки зародыша», и этот процесс не принесет вреда здоровью матери и ее ребенка — это мы уже теперь можем утверждать! Почему же мы должны считать такое решение проблемы безнравственным?»

В научном мире продолжаются споры о будущем этого метода, который независимо от пессимистического раздувания морально-этических проблем осчастливил много бездетных брачных пар во всем мире. Во всяком случае, сильное желание продолжить свой род (иметь собственного, а не усыновленного ребенка) — не что иное, как проявление одного из основных инстинктов у человека. Этот биологически обоснованный, наследственно запрограммированный инстинкт присущ всем живым организмам в мире животных и растений.

Но в сущности, каковы же будущие перспективы у этого нашумевшего и вызывающего столько споров уникального метода, совершившего революцию в биологии? Несмотря на многочисленные проблемы, ученые стремятся предоставить возможность иметь собственных детей все большему числу семей, которые по той или иной причине не могут создать их естественным путем. Во многих научно-исследовательских лабораториях уже достигнуты хорошие результаты по продолжительному хранению оплодотворенных зигот путем замораживания и перевода их в анабиотическое состояние. Ученые считают, что в будущем следовало бы брать у каждой бездетной женщины по нескольку яйцеклеток, оплодотворять их вне организма сперматозоидами ее супруга (или другого мужчины), а затем переводить их в замороженное анабиотическое состояние на неопределенное время. В нужный момент можно будет взять зиготу, разморозить ее и пересадить в утробу матери. Это поможет при однократной манипуляции получить запасные зиготы, которые вдруг понадобятся при неудачной пересадке или при желании родителей иметь второго и третьего ребенка (как в случае с Луизой и Натали).

Недавно появилось сообщение, что именно такой опыт осуществлен австралийскими специалистами из лечебного учреждения в Мельбурне. У бездетной женщины извлекли две яйцеклетки, которые были оплодотворены в пробирке. Затем одну зиготу пересадили женщине, а вторую оставили в анабиотическом замороженном состоянии в качестве запасной на случай, если первая не привела бы к желаемой беременности или родители захотели бы иметь второго ребенка. Более того, в будущем австралийские ученые предусматривают возможность выращивать запасной зародыш в специальной среде до 16 — 17-го дня, когда уже оформляется гемопоэтическая (кроветворная) ткань, которую можно будет использовать для лечения уже родившегося ребенка, если вдруг у него обнаружатся признаки опасного заболевания крови (например, лейкемии и др.).

Техника глубокого замораживания клеток, тканей и целых органов уже хорошо отработана криобиологами, накоплен значительный опыт успешной криоконсервации зародышей животных с последующим их размораживанием и пересадкой, поэтому можно надеяться на то, что этот уникальный метод перевода зародышей человека в замороженное анабиотическое состояние на неопределенный срок исключительно перспективен и в ближайшем будущем станет обычным в медицинской практике.

Ясно, что способ получения «детей из пробирки» имеет большое будущее. По мнению видного советского ученого академика Л. Персиянинова, «это новый, в высшей степени гуманный метод лечения», который поможет миллионам женщин во всем мире преодолеть бесплодие, и тем самым станут счастливыми многие бездетные семьи.

Возможно ли обрести «бессмертие» методом замораживания?

Многим читателям, вероятно, нетрудно вспомнить французский художественный фильм «Замороженный», показанный несколько лет назад на экранах. В нем создан образ главного героя, замороженного в прошлом веке. При раскопках его случайно обнаруживают вмерзшим в глыбу льда. «Находку» увозят в специализированное медицинское учреждение, где героя размораживают и оживляют. Этот герой, сохранивший возраст и память до того момента, когда его заморозили, после выхода из анабиотического состояния начинает свою вторую жизнь и, разумеется, попадает в целый ряд комедийных ситуаций.

Может ли нечто подобное стать реальностью? Известный русский ученый профессор Бахметьев долгие годы жизни посвятил проблемам анабиоза. После отъезда из Болгарии в сентябре 1913 г. он прочел в Киеве лекцию, которую закончил так: «Мечников занят сейчас опытами по возрождению человека, пытаясь вернуть ему вечную молодость, превратить старика в юношу. Я не сомневаюсь в том, что когда-нибудь, через десять, двадцать пять, сто лет, этого добьются. Но когда? Может быть, тогда, когда никого из нас, присутствующих здесь, не будет среди живых… Но и нам хочется испытать такое счастье. И вот мы прибегаем к помощи анабиоза… Потом придет смерть, будет искать нас и спрашивать: где же они? И окажется, что «нас» нет, что мы укрылись от смерти каким-то таинственным способом. И смерть, опозоренная, уйдет. А в это время я буду спокойно спать в анабиотическом состоянии… Промчатся годы. Появится какой-нибудь «Мечников второй» или «Мечников третий» и откроет «секрет вечной молодости». И тогда меня разморозят, и я оживу… С помощью маленького шприца в мою кровь введут живительный бальзам, названный «Мечников №…», и моя поседевшая борода начнет чернеть, мое старческое сердце станет снова молодым, двадцатилетним…»

«Вот почему русские газеты того времени называли Бахметьева «современным Фаустом», — писал в своем библиографическом очерке о научных трудах Бахметьева видный болгарский зоолог академик И. В. Буреш.

Замедлить ход времени, применив замораживание! Бесспорно, идея бессмертия, перевода человека в анабиотическое состояние с помощью холода весьма заманчива. Как в прежние времена, так и в наши дни она продолжает занимать умы ученых.

Еще в 1766 г. английский физиолог Хантер высказал мысль о том, что «если бы человек захотел посвятить последние десять лет своей жизни чередованию сна и активности, то его жизнь могла бы продлиться до тысячи лет — при размораживании через каждые сто лет на один год он мог бы каждый раз узнавать, что же произошло за то время, когда он был безжизненной ледяной сосулькой».

В более близкие времена американский физиолог и специалист по гибернации В. Поповиц из университета в городе Атланта (США) писал: «Если бы человек, подобно медведям и суркам, впадал в зимнюю спячку, то мог бы жить 1400 лет».

Давайте посмотрим — есть ли основания для подобного рода прогнозов? Многочисленные опыты бесспорно доказывают, что холод замедляет течение биохимических реакций. В принципе вполне возможно при замораживании замедлять жизненные функции, т. е. так понижать обмен веществ, чтобы «замедлить» ход времени.

Французский ученый Анри Лабори в опытах с животными охладил их организм до +30 °C и сумел отсрочить смерть клеток мозга на 15 мин после полной остановки работы сердца. С помощью аппарата «Искусственное сердце — легкие», соединенного с термостатом, можно понизить температуру организма до +10 °C. Но сердце останавливается еще при +25 °C. Между тем для тех целей, которые ставил перед собой ученый, требовалось, чтобы оно не останавливалось и кровообращение не нарушалось даже при +10 °C. Известно, что животные, впадающие в зимнюю спячку, переходят эту границу безболезненно. Применяя различные вещества, изменяющие каталитическую активность ферментов, Лабори удалось поддерживать сокращение сердца у кроликов и собак при температуре ниже + 10 °C.

К сожалению, совсем не просто подвергнуть замораживанию организм человека, так как содержащаяся в нем вода вызывает разрушения. Капиллярные силы не позволяют воде превращаться в лед при температуре 0 °C. Даже при -15 °C она может оставаться в неустойчивом переохлажденном состоянии. Это состояние завершается внезапно — в межклеточном пространстве и внутри клеток образуются кристаллики льда с острыми краями, которые разрывают нежные стенки клеток, в результате чего возникают биологические повреждения. Вода в живом организме всегда содержит соли. Под влиянием холода заметно меняются концентрации растворов. Нарушается общее электролитное равновесие, тесно связанное с процессами жизнедеятельности. Кроме того, некоторые насыщеннные растворы не замерзают до температуры -60 °C. Необходимо понизить температуру до — 190 °C, чтобы обеспечить полную стабилизацию кристаллической среды.

В 30-е годы в этом отношении открылись новые пути. Профессор Б. Лайет высказал идею, сводившуюся к тому, что можно помешать клеткам изменяться, если не дать им времени для этого. Речь шла о витрификации, т. е. о переходе цитоплазмы за доли секунды в «стеклообразное состояние». Но возникает вопрос: как мгновенно перейти от +37 °C к — 196 °C? Предлагался следующий метод: привязать кусочки ткани к пулям для огнестрельного оружия и стрелять ими в охладительную ванну. К сожалению, Лайет сам был вынужден констатировать, что для мгновенного охлаждения кусочков живой материи необходимо, чтобы их размер не превышал… четверти миллиметра.

В 1956 г. ученым удалось оживить крыс, замороженных при температуре -6 °C. Интересно, что у «воскресших» животных защитные силы организма оказались выше, чем у контрольных животных, — они имели более выносливое сердце и были устойчивее к заболеваниям. Но все-таки крысы находились в состоянии только мнимой смерти — при таких температурах большая часть воды, содержащейся в их организме, не замерзала, а процессы обмена веществ хотя и были сильно заторможены, но все же продолжались.

В 1958 г. французский ученый Луи Рей сделал следующий шаг. Ему удалось заморозить сердце зародыша цыпленка, поместив его в жидкий азот при температуре — 196 °C. На сей раз было достигнуто полное остекление, и сердце стало твердым как камень. Но согретое в ванне при температуре +37 °C, оно снова начало пульсировать.

«Жизнь — это смерть», — сказал в XIX в. великий французский физиолог Клод Бернар. С точки зрения биологов XX в., смерть все еще остается чем-то фатально неизбежным, изначально предопределенным. Но по мнению ученых, клетка потенциально бессмертна, и в теле человека нет ни одного органа или ткани, заведомо обреченных на смерть. Французский биолог Жан Ростан считает, что если человека можно было бы раздробить на отдельные клетки и затем каждую из них поместить в питательную среду, то подобный «рассыпанный» человек практически стал бы бессмертным. Смерть — это лишь одна из разновидностей несчастного случая. В определенный момент что-то останавливает работу хронометра сложной, высокоорганизованной системы, которая руководит согласованной работой миллиардов клеток. Но несчастный случай не может быть признан неизбежным! Ученые предполагают, что «беспорядок», вызванный несчастным случаем, можно исправить. В тот момент, когда человек делает последний вздох, все клетки его организма все еще живы. Если бы удалось искусственно восстановить биологическое равновесие, то организм можно было бы оживить. Этой проблемой занимается в медицине особая область — реанимация. Профессор В. Неговский из Москвы, один из пионеров в этой области, спас многих больных, умерших преждевременно, например, во время операции из-за большой потери крови или остановки сердца. Так, известно, что академик Ландау, лауреат Нобелевской премии по физике, став жертвой автомобильной катастрофы, «умирал» 4 раза, и четырежды был возвращен к жизни.

В первые минуты после остановки работы сердца организм находится в неустойчивом состоянии клинической смерти. Естественно, что остановка сердца влечет за собой прогрессирующее умирание тканей. Через 5–6 мин первыми начинают отмирать клетки коры головного мозга. С каждой секундой вероятность оживления человека катастрофически уменьшается. В литературе неоднократно описывались случаи оживления умерших.

Во время отступления наполеоновской армии из России в ноябре 1812 г. в сражении под селом Красным был смертельно ранен французский генерал Орнано. Военный врач констатировал факт отсутствия признаков жизни. Один из наполеоновских полководцев, поверив в то, что генерал мертв, приказал немедленно похоронить его в глубоком сугробе. Однако после сражения один из офицеров выкопал труп генерала, чтобы перевезти его во Францию и там похоронить с надлежащими воинскими почестями. Но когда «мертвого генерала» перенесли в штаб-квартиру французской армии, он «пришел в себя». Орнано был доставлен во Францию, но уже не как мертвец, а с новым для его прозвищем «воскресший генерал». Много лет спустя другой французский император Наполеон III присвоил Орнано звание маршала.

Анализируя этот случай, советские ученые профессор Н. Агаджанян и А. Катков пришли к заключению, что генерала Орнано спасло сочетание двух факторов — охлаждение и потеря крови, так как вместе с кровью организм теряет питательные вещества и кислород, другими словами, оказывается в условиях пищевого и кислородного голодания. Именно такое сочетание пищевой и кислородной недостаточности более всего способствует обратимому ослаблению физиологических функций организма в условиях охлаждения, впадания в анабиотическое состояние с последующим «воскрешением». В подтверждение они приводят другой пример, описанный В. Флайгом в книге «Внимание, лавины», изданной в 1960 г.: «После лихорадочного разгребания снега до обеда 2 февраля удалось извлечь из-под него 26-летнего Фрайзенера, погребенного снежной лавиной ночью 21 января в 2 часа ночи! Силы окончательно покинули его в тот момент, когда он издал последний крик о помощи, находясь уже под снегом. Но что это? Фрайзенер начал приходить в себя и даже открыл глаза! Тихим голосом, но вполне отчетливо он рассказал о своих муках и охватившем его счастье, когда он понял, что спасен, ведь он остался жив после 13 дней, проведенных под лавиной». В Советском Союзе тоже зарегистрированы случаи оживления людей, умерших в результате глубокого охлаждения зимой. Нередко находили людей, замерзших до такой степени, что отсутствовало малейшее проявление жизни, но как только их согревали, они оживали.

Так, например, в марте 1960 г. в морг больницы одного из совхозов Казахстана доставили труп мужчины. В акте осмотра была сделана запись: «Окоченевшее тело полностью обледенело, без признаков жизни. Постукивание по телу вызывает глухой звук, как от ударов по дереву. Температура на поверхности тела ниже 0 °C. Глаза широко раскрыты и на них образовалась ледяная корочка. Пульс и дыхание не прослушиваются. Диагноз: общее замерзание, клиническая смерть!»

Вопреки такому заключению доктор П. С. Абрамян принял энергичные меры для оживления пострадавшего: согревание теплой водой, стимулирование сердечной деятельности, искусственное дыхание, массаж сердца. Через полтора часа упорной работы врачу удалось вернуть человека к жизни, хотя пришлось ампутировать у него пальцы рук. Пострадавшим оказался 29-летний тракторист В. И. Харин. Он возвращался на тракторе в деревню, но внезапно мотор заглох. После двухчасовых безрезультатных попыток завести мотор тракторист решил добираться домой пешком, но потерял ориентировку, силы покидали его. Тогда он решил немного отдохнуть, его одолел сон, а затем его почти полностью занесло снегом. Пока его отыскали, прошло 3–4 ч. Тракториста нашли без шапки, он потерял ее по дороге.

Другой необычный случай произошел в Токио. Лето 1967 г. выдалось очень жарким. В один из таких дней шофер грузовика-рефрижератора Масару Сайте решил немного отдохнуть и охладиться в холодильной камере грузовика, перевозившего блоки «сухого льда», т. е. твердой углекислоты. Дверь рефрижератора неожиданно захлопнулась и шофер оказался в западне, абсолютно беспомощным перед тремя крайне опасными факторами, холодом (- 10 °C), быстро нарастающей вследствие испарения «сухого льда» концентрацией углекислого газа и кислородной недостаточностью, возникшей в связи с расходованием запасов кислорода при дыхании в герметически закрытом пространстве. Когда шофера извлекли из холодильной камеры, он оказался в абсолютно замерзшем состоянии и не подавал никаких признаков жизни. Но в ближайшей больнице ему была оказана срочная медицинская помощь, и он был спасен.

Почему же Харин и Сайто не погибли? У обоих в результате значительного понижения температуры головного мозга наступила так называемая гипотермия, которая и предохранила нервные клетки от повреждения вследствие кислородной недостаточности, так как потребность в кислороде была ничтожной. В случае с японским шофером гипотермия развивалась быстро и достигла большой глубины. В рефрижераторе была высокая концентрация углекислого газа, выделявшегося из сухого льда, что оказывало наркотическое воздействие, вследствие чего степень приспособляемости организма к кислородному голоданию повысилась.

Подобные результаты при опытах с животными еще до этих случаев получил советский ученый Н. Н. Тимофеев. В условиях герметически закрытого помещения ему удалось на целые сутки охладить подопытных животных до 5–7 °C путем повышения содержания углекислого газа и понижения содержания кислорода, а после этого вернуть животных к жизни.

Ученые всегда с особым интересом относились к подобным поразительным случаям, стараясь дать им научное объяснение. Узнав о случае с Сайто в Токио, югославский ученый Анжус решил воспроизвести это явление в экспериментальных условиях. Он поместил белых крыс в герметически закрытый стеклянный сосуд при низкой температуре. Быстрое увеличение концентрации углекислого газа, выделявшегося крысами при дыхании, способствовало такому же быстрому и глубокому охлаждению животных. В результате выяснилось, что крысы, которые в обычных условиях могут без опасности для жизни перенести охлаждение лишь до 15–16 °C, при повышении концентрации углекислого газа переносят температуру до 1–2 °C.

В других опытах было установлено, что понижение температуры тела способствует замедлению процесса обмена веществ и уменьшению потребности организма животных в кислороде. При температуре тела 28 °C потребность в кислороде уменьшилась до 50 % от нормально необходимого кислорода; при 24 °C до 30 %, а при 20 °C до 15 %. Кроме того, резко замедлялись сердечная деятельность, дыхание и кровообращение, благодаря чему жизнь организмов сохранялась при минимальном расходе запасов питательных веществ.

Но вернемся к случаям спасения замерзших людей. Обычно во всех случаях клинической смерти вследствие переохлаждения температура внутренних органов людей понижалась, как правило, до 26–24 °C. Однако известны исключения из этого правила. Вот, например, одно из них.

В феврале 1951 г. в одну из больниц Чикаго привезли 23-летнюю негритянку, обнаруженную полураздетой в снегу. Она провела там 11 ч при колебаниях температуры воздуха от -18 до -26 °C. Температура ее внутренних органов в момент поступления в больницу была 18 °C. Современные хирурги редко решаются охлаждать человека до такой низкой температуры даже во время сложных операций, так как принято считать, что это предел, ниже которого могут наступить необратимые изменения в коре головного мозга. Но в описываемом случае врачей удивило то обстоятельство, что при таком сильном переохлаждении тела пострадавшая все еще дышала, хотя и редко (3–5 вздохов в минуту). Пульс тоже был очень замедлен (12–20 ударов в минуту) и нерегулярен (паузы между сердечными сокращениями достигали 8 с). Врачам удалось сохранить ей жизнь, но пришлось ампутировать ступни ног и пальцы на руках.

До недавнего времени ученые считали, что если утонувшего человека не вынести из воды в течение 5–6 мин, то он неизбежно погибнет в результате необратимых патологических изменений в коре головного мозга, вызванных острой кислородной недостаточностью. Однако оказалось, что в холодной воде это время может значительно продлиться. Так, например, в американском штате Мичиган зарегистрирован такой случай: 18-летний студент Брайан Канинхем провалился под лед замерзшего озера, и его извлекли оттуда лишь через 38 мин. Пострадавшего немедленно доставили в ближайшую больницу, где с помощью искусственного дыхания (он вдыхал чистый кислород) ему вернули жизнь. Безусловно, помогло и то обстоятельство, что тело юноши было охлаждено в ледяной воде.

Другой случай произошел с 5-летним мальчиком Вегардом Слетемуненом из города Лилестрема (Норвегия) — он провалился под лед замерзшей реки. Через 40 мин безжизненное тело ребенка вынесли на берег и начали делать искусственное дыхание и массаж сердца. Вскоре у мальчика появились признаки жизни, а через двое суток к нему вернулось сознание и он спросил: «А где мои очки?»

В периодической печати нередко появляются сенсационные сообщения об оживлении людей после продолжительного пребывания подо льдом или снегом. В это трудно поверить, но кратковременное переохлаждение человек все же способен перенести.

Все эти случаи уникальны, так как большинство попыток охладить до 0 °C не впадающих в зимнюю спячку млекопитающих, как правило, заканчивались неудачей — после размораживания животные очень редко оживали.

Как можно объяснить все эти уникальные случаи оживления людей, замерзших или утонувших в ледяной воде и пробывших в этом состоянии более получаса после наступления смерти? Ведь ученые считали, что оживить человека можно только в том случае, если прошло не более 4–5 мин после прекращения всех жизненных функций организма.

В 1968 г. ответом на эти вопросы занялись специалисты из Института хирургии им. А. Вишневского в Москве во главе с доктором биологических наук А. С. Конниковым. До тех пор целенаправленные исследования молекулярных процессов, протекающих в тканях организма после наступления смерти, не проводились. Советские ученые поставили перед собой задачу изучить у высших организмов молекулярные механизмы и условия обратимости смерти. Известно, что после наступления смерти перестают функционировать целые системы, прежде всего из-за остановки кровообращения прекращается доставка необходимых материалов для процессов жизнедеятельности в органах и тканях. Ученые, прибегнув к искусственному кровообращению, продолжали поддерживать кровоснабжение в мертвом организме кроликов и таким образом обеспечивать ткани веществами, которые могли быть использованы для обмена веществ без поступления самого необходимого для жизни — кислорода. Советским ученым принадлежит открытие, свидетельствующее о том, что поступающие в мертвый организм метаболиты свободно проникают в клетки всех органов и преодолевают биологические преграды точно так же, как у живых здоровых животных. Но так или иначе через час после наступления смерти все процессы синтеза в органах и тканях приближаются к нулевому уровню. С другой стороны, исследователи установили, что через несколько часов после смерти в тканях печени, мозга, почек и других органов процессы распада биополимеров до низкомолекулярных соединений уже не наблюдались. Это дало им повод прийти к заключению, что распад белков и нуклеиновых кислот при гибели организма в условиях острой гипоксии (кислородной недостаточности) прекращается так же, как и их синтезирование, — наступало своеобразное состояние, названное исследователями метаболическим нулем. Это состояние, в сущности, известно — оно характерно для явления анабиоза и широко распространено в природе. У высших организмов обычно не бывает полного анабиоза — этому состоянию у них соответствует зимняя спячка, при которой процессы жизнедеятельности полностью не прекращаются, а лишь сильно замедляются. Состояние, подобное анабиозу, можно вызвать у высокоорганизованных животных искусственно, если понижать энергетический уровень в живой системе путем охлаждения. Если живого кролика охладить до температуры 10–20 °C, то у него прекращаются биосинтетические процессы — как и после наступления смерти, — фактически наступает тот же самый «метаболический нуль», так как не наблюдается ни распад биополимеров, ни их синтезирование. Однако между этими двумя состояниями существует большая разница. При глубокой гипотермии «метаболический нуль» легко обратим. Анализ показал, что смерть сложного организма в условиях острой кислородной недостаточности приводит к двум видам изменений, протекающих на молекулярном уровне. Прежде всего в связи с прекращением доставки энергии для биологических систем прерывается круговорот белков и нуклеиновых кислот и тем самым выключаются физиологические функции организма как целостной системы, т. е. прекращается жизнедеятельность, но жизнеспособность все еще сохраняется, как и при глубокой гипотермии (при температуре 10–20 °C). Эти изменения еще могут быть обратимы. Молекулярные изменения второго вида, проявляющиеся через несколько минут после смерти, уже необратимы. Ферменты теряют свои свойства биокатализаторов, что приводит к утрате жизнеспособности биологической системы. При гипотермии подобные изменения не наступают.

Исходя из этих соображений, ученые решили проверить, как повлияет холод на мертвый организм, что произойдет с подопытными кроликами, если их охладить до той же температуры 20 °C после смерти? Опыты показали, что если через 1 ч или 1,5 ч начать переливание крови, обогащенной кислородом, и при этом медленно повышать температуру, в определенный момент кролики начинают оживать! Сначала начиналось сокращение сердца, через 1 ч, при температуре тела 26–30 °C, возобновлялось и дыхание, а еще через какое-то время (в общем через 3–4 ч с момента наступления смерти) появлялись признаки восстановления высшей нервной деятельности. При исследовании обмена веществ у этих «воскресших» животных оказалось, что у них во всех органах восстанавливаются и биосинтез, и распад белков и нуклеиновых кислот, причем метаболизм восстанавливается одновременно с функциями всего организма, т. е. кролик оживал в полном смысле этого слова. Стало очевидным, что под воздействием холода белки в организме каким-то образом сохраняют (или приобретают снова) способность в ответ на возобновление поступления кислорода в клетки восстанавливать свою ферментативную активность. Следовательно, быстрое охлаждение сложного теплокровного организма после его смерти действительно дает возможность оживить его через значительно более продолжительное время, чем предполагалось до сих пор. В чем же состоит действие холода на ферменты?

Давно известно, что скорость некоторых химических реакций при понижении температуры на 10 °C сокращается в 2–4 раза. Однако биохимические реакции, т. е. реакции, в которых в качестве катализаторов выступают ферменты, не всегда подчиняются этому закону. Известно, например, что при температуре выше 40 °C активность большинства ферментов вследствие изменений в строении молекул понижается (тепловая денатурация). Оптимальная ферментативная активность у многих биокатализаторов появляется при более низких температурах, чем температура, необходимая для нормальной жизнедеятельности теплокровного организма. Экспериментальным путем удалось установить, что ферментные системы биосинтеза белков у подопытных собак после смерти активнее при температуре тела 24 °C, чем при 38 °C. Все это дало повод советским ученым сделать вывод, что у животного с постоянной температурой тела при понижении температуры тела ниже обычной параллельно с понижением общего уровня энергии в системе происходят изменения в пространственном строении ферментов, потенциально способствующие усилению ферментативных метаболических процессов. Судя по всему, именно подобные изменения происходят при охлаждении кроликов до температуры 20 °C после их смерти. Можно предположить, что холод возвращает белкам трупа их способность быть ферментами — способность, утраченную ими после наступления смерти из-за нехватки кислорода. При возобновлении снабжения кислородом в условиях низких температур тела эта их способность восстанавливается, обмен веществ возобновляется, и происходит чудо — труп превращается в живого кролика. Эта гипотеза в последнее время получила известное экспериментальное подтверждение.

Таким образом, исследования советских ученых показали, что после наступления смерти можно, изменяя температуру тела, искусственно изменять пространственное строение белков-ферментов, возвращая им способность восстанавливать свои функции. Быстрое охлаждение после смерти, очевидно, во многих случаях может способствовать оживлению человека даже через продолжительное время после его смерти. Из проведенных опытов следует, что использование такого охлаждения продлевает сроки сохранения потенциальной жизнеспособности у высокоразвитого животного до полутора часов.

Но в то время, как советские ученые придерживаются мнения, что необходимо дальнейшее изучение открытых ими молекулярных механизмов, что позволило бы еще глубже раскрыть закономерности смерти и оживления сложных биологических систем, некоторые находчивые ученые на западе буквально спекулируют на достижениях науки. Они шумно рекламируют тезис о бессмертии. В сущности, о чем же идет речь? Известно, что медицина все еще не в состоянии справиться с многими болезнями, при которых смертельный исход неизбежен. Но медицинская наука, вступившая в период бурного развития, может в будущем открыть методы лечения всех болезней. Если пациент непосредственно после смерти будет заморожен в герметически закрытой камере и сохранен до тех времен, когда эти открытия будут сделаны, то, по мнению этих ученых, есть возможность вернуть его к жизни.

Эта идея особенно нашумела почти 20 лет назад, когда стало известно, что специалист в области физиологии профессор Джеймс Бедфорд из Лос-Анджелеса, умирая в возрасте 73 лет, завещал, чтобы его тело привели в состояние анабиоза. В тот момент, когда была констатирована смерть, группа ученых приступила к замораживанию тела профессора, чтобы «воскресить» его тогда, когда медицина станет всесильной. Предварительно в кровь ввели вещество, препятствующее ее свертыванию. После этого кровь удалили и заменили ее искусственной плазмой, содержащей необходимые вещества. Работу остановившегося сердца взял на себя аппарат для искусственного кровообращения. Одновременно с этим тело заморозили с помощью сухого льда. Через несколько дней оно было перенесено в криокапсулу, похожую на огромный термос, заполненный жидким азотом (-196 °C).

После опыта, проведенного над профессором Бедфордом, в западных странах развернулась шумная кампания за «бессмертие». Были созданы общества, взявшие на себя «обязательства» обеспечить «вечную жизнь». Многие миллионеры записались в эти общества и заплатили вступительный взнос, который составлял «всего лишь» 10 тыс. долларов! Дальнейшие дополнительные расходы связывались с приобретением криокапсулы, жидкого азота, с оплатой персонала и, разумеется… с процессом воскрешения. Одним из тех, кто пожелал воспользоваться подобным «благом», стал известный греческий миллиардер Аристотель Онассис, распорядившийся подвергнуть криоконсервации труп своего 24-летнего сына Александра, которому предстояло сменить отца у кормила одной из самых крупных в мире финансовых монополий. Известно, что Александр — опытный пилот, налетавший более тысячи часов, — разбился на своем двухмоторном самолете на афинском аэродроме. И все же Онассис оплатил требуемую сумму, чтобы «заморозить» труп своего сына. В 1973 г. стало известно, что сам Аристотель Онассис и тогдашняя его жена Жаклин (вдова президента США Джона Кеннеди) за «приличную» сумму заключили договор с одной фирмой, обязавшейся после того, как наступит их клиническая смерть, подвергнуть их тела криоконсервации.

С такой же надеждой в США терпеливо ждут своего «воскрешения» уже десятки скончавшихся миллионеров. В американском городе Формингдейл с 1972 г. функционирует настоящая «клиника для мертвецов», которой руководит некто Кертис Хендерсон. Все пациенты, находящиеся в герметически закрытых и глубокозамороженных хранилищах, умирали с надеждой, что когда-нибудь они снова вернутся к жизни. В этой клинике работают по методу доктора Этингера — профессора Венского университета. По его мнению, «ныне человек может воскреснуть, физически воскреснуть после смерти!». Методика венского профессора состоит в следующем: после смерти пациента у него удаляют всю кровь и затем вводят в его кровеносные сосуды специальный раствор глицерина. Тело пациента заворачивают в станиоль и закрывают в сосуд с сухим льдом, поддерживающим температуру -79 °C, который помещают в герметически закрытый ковчег со стеклянным колпаком, названный Этингером спальным холодильником, содержащий жидкий азот (-196 °C). Этот азот периодически заменяют, что позволяет сохранять труп в течение неопределенно долгого времени — до тех пор, пока медицина не будет в состоянии излечить болезнь, приведшую пациента к смерти.

По мнению президента другой калифорнийской фирмы «Транстайм», при замораживании мертвецов «надо исходить из того факта, что медицина и наука быстро развиваются и через несколько десятилетий или столетий станут излечимыми те болезни, от которых сегодня люди умирают. Необходимо переждать это время». И специалисты фирмы также замораживают умерших в специальных контейнерах с жидким азотом, который сохраняет трупы при температуре — 196 °C.

Разумеется, существуют и другие методики добровольного замораживания умирающих людей, лелеявших надежду на последующее «воскрешение». Например, американский профессор Поль Стал обеспечивает своим пациентам пребывание в холодильниках-цилиндрах, куда умирающего можно поместить еще до наступления клинической смерти.

Есть ли основания считать, что подобного рода надежды осуществятся?

На этот вопрос многие ученые отвечают отрицательно. Так, например, нейрофизиолог Питер Гауэрс считает, что основные клетки человеческого мозга начинают дегенерировать сразу же после наступления клинической смерти из-за отсутствия кислорода. Всего лишь через час они погибают окончательно. По его мнению, «похоронная наука», обещающая сохранение клеток организма человека живыми при необычайно низких температурах до бесконечности, — это прежде всего грандиозная финансовая афера, торговая операция без какого бы то ни было теоретического и экспериментального основания».

Того же мнения придерживается и доктор Дэвид Робинсон, работающий на кафедре криобиологии при Джорджтаунском университете. Он полагает, что «успешная криоконсервация всего организма человека может быть осуществлена лишь тогда, когда удастся успешно сохранять при низких температурах все отдельные органы человека, как, например, мозг, да еще при том не нарушить память или индивидуальность пациента. Тогда глагол «замораживать» приобретет совершенно новое значение».

С ними солидарен и канадский врач Эдмунд Декорм: «Замораживание может замедлить некоторые биологические процессы, но не выключить их совсем. Какой бы ни была степень замораживания, в мертвом теле неизбежно будет продолжаться распад молекул. При температурах, которые теперь используют, в организме наступают такие перемены, которые через 4–5 ч становятся уже необратимыми».

Член-корреспондент АМН СССР В. А. Неговский, один из самых известных в мире патофизиологов, утверждал: «Техника еще не в состоянии обеспечить достаточно низкие температуры, которые позволили бы избежать распада нервных клеток и других тканей. Я знаю лишь один подобный случай со счастливым концом — это случай со спящей красавицей. От столетнего сна ее пробудил поцелуй. Это тоже способ реанимации, да к тому же еще и приятный».

Но несмотря на все эти высказывания, не будем заядлыми пессимистами и не станем забывать, что в XX в. один из пионеров новой биологии — советский ученый Метальников — высказал свой знаменитый парадокс: «Если есть что-либо, что наилучшим образом характеризует живой организм, так это бессмертие!» Сегодня впервые в истории биологическое бессмертие бросает вызов времени…

Что такое летаргический сон у человека?

Еще в начале книги, касаясь вопросов терминологии, мы указали, что летаргический сон — это чисто медицинский термин, обозначающий болезненно сонное состояние у человека, которое не поддается насильственному прекращению. Однако недостаточно информированные люди зачастую ошибочно используют понятия «летаргия» и «летаргический сон» как синонимы зимней спячки или анабиоза у животных. Поэтому следует уточнить — что же, в сущности, представляет собой летаргия с точки зрения современной науки?

Само слово «летаргия» происходит от греческого слова lethargia, что в переводе означает глубокий сон, бессознательное состояние. В медицинской практике под летаргическим сном подразумевают болезненное состояние человека с более или менее выраженными ослабленными проявлениями жизни, сопровождающееся неподвижностью, значительным понижением обмена веществ и отсутствием реакций на различные раздражения.

Глубина летаргического сна может быть различной. При легкой степени летаргии наблюдается неподвижность, расслабление мускулатуры, равномерное дыхание, иногда дрожь в глазных веках и движение глазных яблок. При легкой форме все же сохраняется возможность принимать пищу. При тяжелых, редко встречающихся формах летаргии наблюдается настоящая картина мнимой смерти. Кожа становится холодной и бледной, реакция зрачков отсутствует, дыхание и пульс почти не прослушиваются, и даже сильные раздражители не вызывают никаких реакций. Интересно, что очень часто сознание и возможность воспринимать впечатления при летаргии частично сохраняются. Приступы летаргического сна возникают внезапно и также внезапно прекращаются. Иногда в начале и в конце сна заметны глотательные движения. Летаргический сон может длиться от нескольких минут или часов до нескольких дней и даже недель, а иногда и более продолжительное время.

При летаргическом сне в отличие от истинной смерти сохраняется постоянная температура тела и нервно-мышечная возбудимость при воздействии электрическим током. Летаргия чаще всего возникает в виде самостоятельных приступов или в непосредственной связи с истерическим состоянием. С помощью гипноза можно вызвать состояние, полностью сходное с внезапным приступом летаргии. Особенно легко добиться этого у людей, склонных к истерии. Истерические припадки летаргического сна объясняются распространением торможения в коре головного мозга и близко расположенных подкорковых центрах. Людям, страдающим истерическими приступами, даже самые обычные в жизни раздражения кажутся сверхмаксимальными, вызывают возбуждение, что влечет за собой распространение торможения и возникновение различных форм гипнотического состояния.

Медики в настоящее время считают, что термин «летаргический сон» — это сборное понятие, включающее в себя разнообразные болезненные сонные состояния. Так, например, установлено, что глубокий и продолжительный сон может быть вызван тяжелой психической травмой. Каков же механизм этого сна? Еще в прошлом известные ученые Дарвин, Мечников, Кречмар и другие исследователи пытались найти ему объяснение. Психогенный летаргический сон, по мнению немецкого ученого Кречмара, это «мнимая смерть», реакция самозащиты, унаследованная от животных и переданная последующим поколениям их первобытными предками. Организм человека словно бы перестает функционировать, замирает, чтобы пережить опасность и остаться невредимым. Подобные защитные реакции иногда проявляются и в виде психогенных параличей, онемения, глухоты, потери голоса и пр. В крайне редких случаях древние механизмы самозащиты воскресают при погружении в глубокий предохранительный сон. Подобные случаи болезненного (патологического) прекращения жизнедеятельности обычно кратковременны (редко более 3–4 дней) и постепенно проходят, особенно при правильном лечении. Такой сон возникает обычно у чрезмерно эмоциональных людей, поддающихся внушению. В таких случаях сон проходит бесследно. Интересно, что психогенный летаргический сон относительно часто упоминается врачами прошлых веков. В наше время подобные случаи крайне редки.

Другое происхождение и другую клиническую картину имеет летаргический сон, возникший при ограниченных заболеваниях мозга. В начале XX в. было описано, например, своеобразное воспаление мозгового вещества, вызванное вирусом. Его описал венский врач Константин фон Экономо, поэтому само заболевание было названо экономовой болезнью. Кроме всех признаков энцефалита (воспаления мозга), для этой болезни характерна и сонливость. Прогнозы относительно того, как будет протекать экономовый энцефалит, различны. Успехи современной медицины теперь позволяют воздействовать на это заболевание с большим эффектом, чем прежде.

Сходные формы продолжительной сонливости (тоже относящиеся к летаргическим состояниям) встречаются и при других видах энцефалитов, которые являются следствием тяжелых травм головы, сотрясений мозга и других повреждений. Летаргия может наступить и в результате общего истощения, анемии, после тяжелых родов.

В 1880 г. французский врач Желино описал одну странную болезнь, при которой возникала неожиданная потребность заснуть. Эта потребность была такой сильной, что больной не мог ей сопротивляться и засыпал глубоким сном. Приступы болезни всегда начинались днем и продолжались различное время, но обычно не более 4–5 ч. Это болезненное, нечасто встречающееся состояние назвали нарколепсией. Ныне установлено, что это, в сущности, не самостоятельное заболевание. В таких случаях врачи стараются лечить не нарколепсию, а ту болезнь, одной из проявлений которой она является.

Особенная форма летаргии отмечена при кататонии — специфическом расстройстве, встречающемся при шизофрении, органических нарушениях головного мозга и при некоторых других нервно-психических заболеваниях. Кататония впервые описана более века тому назад немецким ученым К. Л. Калбаумом, который отметил, что эта болезнь проявляется в нарушении мышечного тонуса, реакции на внешние раздражители, изменениях в сознании и мышлении. Больные тяжелой формой кататонии часто производят впечатление спящих глубоким сном. Это всего лишь одно из проявлений общего поражения центральной нервной системы. Происхождение кататонии все еще полностью не выяснено. Многие годы посвятил изучению кататонии великий русский физиолог академик И. П. Павлов. Его внимание привлекла судьба 34-летиего Ивана Кузьмича Качалкина, впавшего в кататоническое состояние. Больной не двигался, не разговаривал, не реагировал на внешние раздражители, не подавал признаков жизни, и его приходилось кормить с помощью зонда. Это продолжалось почти 25 лет. Проснувшись незадолго до своей смерти, И. К. Качалкин рассказал о том, что слышал и видел за все эти годы. Судя по его словам, он все воспринимал, но был бессилен реагировать на окружающую его действительность. Он умер в сентябре 1918 г. от сердечной недостаточности. Больные, подобные Качалкину, встречаются нечасто. Обычно в кататоническом состоянии пациенты пребывают значительно меньший срок, особенно теперь, когда современная медицина в состоянии лечить это расстройство. Любопытно, что больные кататонией нередко приходят в сознание сами по себе, без всякого лечения. Это иногда совпадает с сильным психическим потрясением, с явной угрозой их жизни и с подобными воздействиями. Советский ученый М. Буянов пишет, что особенно часто подобные случаи самоизлечения встречались в годы второй мировой войны в психиатрических больницах, подвергшихся артиллерийскому обстрелу, когда по тем или иным причинам медицинский персонал отсутствовал. Пациенты, оставшиеся без надзора и помощи, просыпались и начинали сами себя обслуживать, разговаривать, двигаться. Некоторые из них снова впадали в состояние кататонии сразу же после того, как устанавливалось относительное спокойствие и возобновлялось медицинское обслуживание.

Врачи-специалисты теперь предполагают, что описанные в прошлом в научной и научно-популярной литературе случаи летаргического сна чаще всего были не чем иным, как кататонией.

В далекие времена, когда медицинские познания были скудными и наука была не в состоянии объяснить подобные явления, рождались многочисленные легенды о несчастных людях, засыпавших по неизвестным причинам глубоким безжизненным сном. Считая их умершими, их, бывало, хоронили. Особенно много таких легенд распространялось до середины прошлого века. Многие люди приходили в ужас при мысли, что и с ними может произойти нечто подобное. В журнале «Наука и жизнь» советский врач М. Буянов писал, что такие опасения высказывали великие русские писатели Ф. М. Достоевский и Н. В. Гоголь. Эти гениальные люди неоднократно оговаривали, чтобы их не похоронили заживо, и просили своих близких не торопиться с похоронами, пока не убедятся, что они не впали в летаргический сон. По словам доктора М. Буянова, сохранилась легенда, что когда через много лет выкопали гроб с останками Н. В. Гоголя, то обнаружили, что он лежит не на спине, а на боку…

Современная медицина во избежание ошибок подобного рода предусматривает полное врачебное освидетельствование умерших людей, причем обязательная аутопсия (вскрытие) делается через 12 часов после наступления смерти.

Применяется ли в медицине искусственное охлаждение?

Идея замораживания организмов с постоянной температурой тела (животных и людей) с целью добиться полной нечувствительности перед последующим хирургическим вмешательством не нова. Еще в 1862 г. А. О. Вальтер установил, что кроликов можно лишать чувствительности, понижая температуру тела до 20 °C. Позже, в 1902 г., Симпсон доказал возможность охлаждения тела высокоразвитых организмов (обезьян) до 25 °C при комбинации с эфирным наркозом.

Начались и первые опыты по использованию холода при хирургических операциях на человеке. Искусственное замораживание было названо гипотермией (от греч. слова hypo — под, ниже, и thermos — тепло).

Впервые в мире гипотермию, т. е. искусственное охлаждение организма человека с лечебной целью, использовали американские ученые Темил Фей и Лоуренс Смит в 1940 г. Ученые решили с помощью гипотермии лечить людей, заболевших раком. Они заметили, что опухоли чаще образуются в тех органах и частях человеческого тела, где сравнительно более высокая температура. Отдельные опыты показали, что локальное охлаждение раковой ткани в известной степени задерживает ее рост и ведет к общему улучшению состояния организма. Это стимулировало попытки Фея и Смита осуществить общее охлаждение всего тела больного раком. Для этой цели они разработали довольно сложную и не совсем безопасную методику. Больного сначала усыпляли, применив наркоз, а затем охлаждали в ванне при температуре воды -4 °C (с плавающими в воде кусками льда). Охладив тело пациента до температуры 28–29 °C, они заворачивали его в одеяло и для поддержания пониженной температуры тела обкладывали его резиновыми мешочками со льдом. Таким образом пациенты впадали в состояние искусственной гибернации: резко падал пульс, замедлялось дыхание, переставали функционировать почки и сильно понижался обмен веществ. При одном из опытов температура тела больного упала даже до 27,7 °C. Одновременно с этим в вену вводили лекарственные препараты (барбитураты), чтобы блокировать центр терморегуляции, расположенной в гипоталамусе. Этот метод позволил врачам поддерживать состояние умеренной общей гипотермии в течение 2 недель, а иногда и больше, но с интервалами. Пациент находился на искусственном питании. Для выведения из этого состояния (т. е. пробуждения) применялся продолжительный массаж и больному давали теплый кофе. После возвращения в нормальное состояние пациенты не могли ничего вспомнить и не испытывали никаких неприятных ощущений.

Несмотря на то что Фей и Смит не смогли вылечить пациентов, больных раком, с биологической точки зрения особенный интерес представляет тот факт, что стало возможным привести человека в состояние гибернации в течение 2 недель, причем температура тела понижалась до 27,7 °C и значительно понизились все проявления жизни (пульс, дыхание, обмен веществ).

Методикой Фея и Смита, при помощи которой вызывалось искусственное охлаждение человека, впоследствии воспользовались хирурги. В 1950 г. американский хирург Мак Куистон использовал гипотермию при лечении больных с врожденными пороками сердца, протекающими с цианозом. Одновременно другой американский хирург доктор Бигелоу и его сотрудники с успехом применили методику Фея и Смита при сложных операциях на сердце.

Известно, что у детей встречаются различные врожденные пороки сердца. Все они тяжело отражаются на кровообращении, и дети растут больными и физически неполноценными. Эти дефекты сердца можно устранить только хирургическим путем. Но долгое время это было неосуществимо по двум причинам: во-первых, хирурги боялись оперировать органы, находящиеся в грудной полости, опасаясь внести туда инфекцию, и во-вторых, чтобы «открыть» сердце, необходимо выключить кровообращение. Но как продлить жизнь клеток головного мозга? Известно, что если кровь не снабжает их кислородом, то они сохраняют жизнеспособность всего 3–4 мин, а за такой короткий срок сложная операция на сердце невозможна. Первую причину, вызывавшую опасения хирургов (внести инфекцию), удалось преодолеть после того, как были открыты антибиотики и началось их широкое применение. Для устранения второй причины врачи решили воспользоваться гипотермией, благодаря которой выносливость нервных клеток значительно повышается.

При этом методика охлаждения человека уже была разработана Феем и Смитом. Сначала ученые экспериментировали на подопытных собаках и лишь после этого приступили к хирургическому вмешательству на людях. Доктор Бигелоу и его сотрудники охлаждали тело пациента до температуры 28–29 °C, затем вскрывали грудную полость, изолировали крупные кровеносные сосуды, идущие к сердцу и выходящие из него, таким образом выключая кровообращение. Обнаружилось, что кровообращение не должно прерываться более чем на 7–8 мин. Но этого времени для опытного хирурга достаточно, чтобы вскрыть полость сердца, оперативным путем устранить дефект в сердце и зашить рану, после чего снова возобновить кровообращение. Первая такая операция была проведена в начале 50-х годов. С тех пор во всем мире начали широко оперировать на «сухом», т. е. свободном от крови, сердце.

Однако трудоемкость охлаждения и согревания приводила к тому, что на каждого пациента уходило 8–9 ч, что делало труд хирурга малопроизводительным. Кроме того, для многих операций 7–8 мин было явно недостаточно. Это обстоятельство привело к необходимости создать какие-то новые условия и методы искусственного кровообращения. При продолжительных оперативных вмешательствах на сердце, когда нужно, например, заменить сердечные клапаны или устранить сложный врожденный порок, продолжительность операции вынуждала сочетать искусственное кровообращение с гипотермией. Но при искусственном кровообращении, когда операция на сердце продолжается более длительное время (примерно 20–30 мин), этот метод оказывался непригодным, так как требовалось большое количество ценной донорской крови. Кроме того, полная замена крови больного кровью многих доноров, пусть даже совместимой, отрицательно сказывалась на организме, и после операции больной долго оставался в тяжелом состоянии. Вот почему форсировались и углублялись опыты по использованию гипотермии без искусственного кровообращения и в конце концов они увенчались успехом. Было установлено, что под действием холода прежде всего понижается температура крови, циркулирующей под поверхностью кожи человека. Охлажденная кровь циркулирует по всему телу, в. том числе и в голове, охлаждая головной мозг.

Таким образом, температура тела всегда на 2–3 °C ниже температуры мозга. Если тело человека можно, не опасаясь последствий, охладить до 29–30 °C, то головной мозг в этот момент будет иметь температуру 31–33 °C, а этого не хватает для его защиты от кислородной недостаточности. Но если голову охлаждать более 7–8 мин, то возникнет противоположная картина — сначала понизится температура головного мозга, а уже затем — циркулирующей в нем крови; значит, температура мозга станет на несколько градусов ниже, что даст возможность довести перерыв в кровообращении до 30 мин. Идея казалась весьма перспективной, но выяснилось, что если довольно легко охлаждать мозг мелких животных (мышей, крыс, кроликов, кошек и др.), то почти невозможно это проделать на собаках, обезьянах, а тем более на людях. Даже если поместить голову в сосуд с температурой воздуха -20 °C или в холодную воду при температуре -4 °C, все равно не произойдет охлаждения головного мозга, а постепенно будет охлаждаться весь организм.

Эту задачу удалось разрешить коллективу советских ученых во главе с профессором В. А. Буковым из лаборатории по пересадке органов и тканей. Исследователи проследили за рядом фактов из живой природы. Они задались вопросом: почему в Ленинграде при температуре воздуха -5 °C, но при сильном ветре лицо человека может замерзнуть быстрее, чем при -40 °C в безветренную погоду, например, в Иркутске? Оказалось, что все дело в быстрой смене воздуха. Исходя из этого принципа, ученые создали первоначально опытные, а затем и клинические гипотермические аппараты, в которых голову поливали струями воды, охлажденной до 1 °C (аппарат «Холод 2ф» и «Флюидо краниотерм», где охлаждение осуществлялось с помощью сильной воздушной струи). Эти аппараты позволяют понизить температуру головного мозга у подопытных собак до 24–25 °C. Такой же результат получен в тех случаях, когда они применялись к людям, причем важно отметить, что температура тела сохраняется в безопасных границах от 30° до 31 °C. Созданные советскими учеными гипотермические аппараты позволяют проводить все сложные операции на сердце, для которых необходимо не более 30 мин. Эти аппараты пользуются большой популярностью во многих странах.

Практически операции, при которых используется гипотермия, проводятся следующим образом: больного усыпляют на операционном столе. На его голову надевают специальный шлем и сразу же начинают ее охлаждать. Хирург вскрывает грудную полость, подводят лигатуру под крупные кровеносные сосуды сердца, чтобы изолировать их от сердца. В это время температура головного мозга успевает понизиться до нужного уровня. Когда кровообращение временно приостановлено, искусственное дыхание тоже становится ненужным. После этого врачи приступают к вскрытию сердца и осуществляется сама операция. Как только стенки сердца зашьют, с кровеносных сосудов снимают лигатуру, сердце возобновляет свою работу, тогда начинают согревать организм тем же аппаратом, но при этом воздействуют на голову температурой +40 °C.

Использование гипотермических аппаратов позволяет проводить безопасные операции на сердце, длящиеся 20–30 мин. Благодаря тому что при этом методе нет необходимости заменять кровь больного, процесс выздоровления протекает без осложнений[28]. Уже на 8 — 10-й день пациенты начинают ходить, и вскоре их выписывают из больницы. Разумеется, при более продолжительных операциях хирурги и теперь сочетают гипотермию с искусственным кровообращением.

В 1954 г. советский хирург В. Шамов первым провел весьма успешно сложную операцию на брюшной полости, применив способ гипотермии.

Что же касается искусственного охлаждения людей, то рекорд в этой области принадлежит хирургам Ниази и Люису, которые в 1958 г. за 1 ч охладили под наркозом больную (в возрасте 51 года), доведя температуру ее тела до 9 °C.

Установлено, что максимальная продолжительность остановки сердечной деятельности для организма человека во время искусственного охлаждения составляет 77 мин, а для собаки — 180 мин.

В зависимости от степени понижения температуры тела при гипотермии резко снижается и обмен веществ в организме, а в связи с этим уменьшается потребность тканей в кислороде. По утверждению Бигелоу и его сотрудников, при гипотермии, которая проводится на фоне блокирования терморегулирующих механизмов (с помощью фармакологических средств), потребность в кислороде при температуре тела 20 °C падает в среднем до 15 % исходной величины, а при температуре тела 25 °C — до 35 %. Беринг и его сотрудники установили, что при температуре тела 27 °C потребление кислорода в тканях головного мозга понижается от 2,5–4,7 (норма) до 0,3–1 мл на 100 г в минуту.

Потребление кислорода сердечной мышцей понижается в меньшей степени, чем головным мозгом и другими тканями, — в среднем на 50 % по сравнению с нормальными величинами. В связи с резким снижением потребности тканей организма в кислороде повышается его устойчивость к различным формам острой кислородной недостаточности.

В 1955 г. исследования Е. В. Гублера показали, что при экспериментальной гипотермии у собак при понижении температуры тела до 25–28 °C их устойчивость к кислородному голоданию повышается в среднем в 3 раза по сравнению с контрольными собаками с нормальной температурой тела. Установлено, что допустимый предел выключения сердца из системы кровообращения при гипотермии при температуре 25–28 °C увеличивается с 3–5 мин (норма) до 15–20 мин, а период наступления клинической смерти продлевается до 30–40 мин. Все эти данные доказывают резкое повышение устойчивости тканей организма, в частности головного мозга, к кислородной недостаточности. В соответствии с понижением температуры тела уменьшается число сердечных сокращений, понижается артериальное давление, уменьшается ударный объем сердца. Артериальное давление при температуре тела 20 °C уменьшается в среднем на 15–20 % исходной величины. Особенно резкое понижение артериального давления и уменьшение частоты сокращений сердца наступают при понижении температуры тела ниже 25–26 °C. При температуре тела до 25 °C ударный объем сердца в среднем составляет 60 % нормы. Время для свертывания крови при гипотермии увеличивается, а следовательно, возрастает продолжительность кровотечений. Понижение температуры тела до 29–30 °C сопровождается сначала увеличением, а затем торможением электрической активности головного мозга. Согласно данным Бенуа и его сотрудников, электрическая активность коры головного мозга сохраняется при понижении температуры тела до 25 °C. Патофизиологические и биохимические данные дают возможность сделать заключение, что при гипотермии повышается устойчивость организма к различного рода травмам, в частности к операционным.

Использование гипотермии в клинической практике зависит от правильного проведения анестезии (введения наркоза). Независимо от применяемых наркотических и нейроплегических веществ при применении гипотермии анестезиолог должен проводить охлаждение на фоне достаточно глубокой блокады терморегулирующих механизмов. В противном случае вместо ожидаемого понижения обмена веществ и повышения устойчивости организма к травмам наступит повышение обмена веществ, да и само по себе охлаждение окажется тяжелой травмой. Но до сих пор нет единого мнения о выборе наркозов при гипотермии (например, Суан, Куприянов, Вишневский использовали эфир, а Мак Куистон — циклопропан).

За последние годы сверхнизкие температуры быстро вошли в медицинскую практику. Возник новый раздел, заимствованный из криобиологии, получивший название «криомедицина». Попытки использовать холод при работе с хирургическими инструментами делались еще в 1899 г., однако только в последнее время инженеры разработали надежные и универсальные криохирургические инструменты.

В Советском Союзе исследовательская работа по криомедицине в обширном объеме давно ведется в Институте проблем криобиологии и криомедицины Академии наук Украины. Под руководством профессора Николая Пушкаря разработан метод лечения ожогов и гнойных ран при помощи криовоздействия. Известно, что ныне чаще всего больных лечат антибиотиками, но некоторые микроорганизмы привыкают к ним. Когда же на пораженную ткань воздействуют низкими температурами, то все патогенные микроорганизмы погибают. При обработке раны (например, путем орошения ее жидким газом с низкой температурой) происходит криоразрушение ткани. Однако это приносит пользу, так как разрушается только больная ткань. Образуется мертвая зона, защищающую здоровую ткань — ту ткань, которая не поражена ни ожогом, ни микроорганизмами. В таком случае уже можно говорить о криозащите. В результате криовоздействия изменяется и характер заживления раны — ее регенерация. Приблизительно в 2 раза уменьшается глубина омертвевшей ткани. При ожогах обычно возникает токсикоз, так как обмен веществ в ткани нарушен. При воздействии низких температур токсикоз бывает выражен в значительно меньшей степени. Не образуются и грубые шрамы. При обработке холодом рана становится чистой, достаточно только закрыть пораженный участок и сделать пересадку кожи. Однако работы советских ученых все еще находятся на стадии опытов, которые нуждаются в последующих проверках в клинических условиях.

Советские ученые добились больших успехов и в области криохирургии. Прежде всего криохирургическая операция, при которой вместо скальпеля используют инструмент, например, иглу, постоянно охлаждаемую до температуры жидкого азота (-196 °C), фактически проходит безболезненно, и можно обойтись без наркоза. С другой стороны, нет необходимости в тщательно подготовленной операционной, можно оперировать в амбулаторных условиях, а если возникает необходимость — даже и в полевых условиях.

Огромный опыт работы с новыми криохирургическими инструментами накоплен в Московском научно-исследовательском институте глазных болезней им. Гельмгольца. Научно-технический прогресс с полной силой заявил о себе в области офтальмологии. Вот уже несколько лет в этом институте оперируют с помощью криогенных аппаратов, постепенно вытесняющих традиционные инструменты хирургов-офтальмологов. Ученые института разработали оригинальный метод удаления инородных тел из глаза с помощью криогенных аппаратов, названных криоэстракторами.

Они оказались незаменимыми в тех случаях, когда в глаз попадало инородное тело, не обладающее магнитными свойствами. До сих пор хирурги успешно удаляли «пылинки» из стали с помощью специальных магнитов. Но как удалить, например, крохотный осколочек стекла? В таких случаях на помощь приходит холод и криогенные аппараты, заменяющие пинцет. Рабочая часть криоэкстрактора представляет собой небольшой медный стержень, обернутый станиолем. В пространство между станиолем и стержнем подают жидкую углекислоту. Испаряясь, она понижает температуру инструмента; этим стержнем, охлажденным до температуры от -55 до -60 °C, с максимальной осторожностью прикасаются к ткани глаза, где «засел» кусочек опасного инородного тела. Он приклеивается к криоэкстрактору, после чего хирург без особых затруднений удаляет его из глаза.

Результаты клинических исследований показали исключительно высокую эффективность работы с криогенными аппаратами. В отличие от обычных аппаратов криогенные, благодаря тому что капилляры заморожены, не вызывают кровотечений в глазном яблоке. С помощью криоэкстрактора можно удалять инородные тела не только с поверхности, но и из глубины глаза, можно лечить заболевания роговицы и оперировать катаракту. Этот метод лечения сокращает время пребывания больных в лечебных заведениях: их можно выписывать на 5 — 6-й день после операции.

Советским ученым принадлежит честь разработки не только сложных криоинструментов. Например, криоскальпель создан для одноразового использования, по величине он не больше авторучки и назван «Криостилет 2001». Он легок, надежен, удобен для пользования и не требует никаких забот. Криостилет состоит из корпуса, из специальной пластмассы, теплоизолятора, баллончика, наполняемого охлаждающей жидкостью, и металлической иглы-наконечника. Когда в баллончик наливают охлаждающую жидкость, она охлаждает наконечник до определенной температуры, причем не сразу, а через 10 с после того, как нальют жидкость. Этого времени достаточно, чтобы хирург успел ввести наконечник инструмента в оперируемое поле, не опасаясь, что низкая температура повредит окружающую ткань глаза. Добавим, что и сам корпус криостилета надежно изолирует ткань от воздействия холода.

Сотрудники Всесоюзного научно-исследовательского и экспериментального института медицинской техники совместно с врачами из клиники болезней уха, горла, носа при Центральном институте усовершенствования врачей под руководством профессора И. Потапова создали оригинальный криоаппликатор и разработали методику бескровного разрушения миндалин под воздействием сверхнизких температур. Этот метод незаменим для пациентов, страдающих хроническим тонзиллитом, у которых имеется также хроническое воспаление печени или заболевание кроветворных органов. При таких случаях не могут быть применены традиционные методы удаления миндалин, так как при малейшей царапинке кровь долгое время не свертывается и трудно остановить кровотечение. В криоаппликаторе по тонкой трубочке, которая не толще авторучки, к наконечнику стекает жидкий азот (-196 °C). Достаточно слегка прикоснуться охлажденным наконечником к больной миндалине, и она начинает быстро замораживаться. Через две недели некротизированная ткань безболезненно отторгается. Чтобы как можно глубже разрушить миндалины, рекомендуется эту процедуру повторить. Разумеется, прежде чем применить этот аппарат в клинике на людях, профессор П. Рудня проделал сотни опытов на животных, замораживая им миндалины. И только после того, как было доказано преимущество нового метода, его безопасность, бескровность и незначительная травматичность, врачи решились применить его в клинических условиях. Криогенный метод воздействия на миндалины уже применяется во многих клиниках. Операции с использованием холода называют операциями по выбору, т. е. холоду отдается предпочтение в тех случаях, когда обычная хирургическая операция больному противопоказана. Профессор И. Потапов и его сотрудники с помощью холода излечили уже сотни больных, страдавших хроническим тонзиллитом. В клинику приезжают на обучение многие советские специалисты, а также хирурги из других стран. Метод криогенного воздействия нашел применение и при лечении других заболеваний, например, хронического насморка, фарингитов, опухолей и др.

Криогенный метод, хотя и с некоторым опозданием, теперь уверенно утвердился в оториноларингологии, а после этого его с успехом применили дерматологи, нейрохирурги, офтальмологи, гинекологи, урологи и специалисты из других областей медицины[29].

В ГДР доцент Матхоуз и сотрудники Медицинской академии в Дрездене разработали аппаратуру для операций глаза и опухолей с помощью глубокого замораживания тканей. Это зонды, острые стержни которых охлаждаются жидким азотом до температуры -196 °C. Работа с такими аппаратами проходит почти безболезненно для пациента, так как холод действует обезболивающе. Клетки, которые иногда бывают повреждены зондами, заменяются самим организмом или отторгаются от него.

Криохирургия сегодня находит применение и при сложных операциях мозга. Ей подвластны и операции по удалению опухолей в носовой полости.

В современной медицине сейчас успешно применяется в технике низких температур томограф с ядерным магнитным резонансом. Он напоминает огромный термос. В него помещают пациента, тело которого обследуется с особенной тщательностью.

Совершенно очевидно, что благодаря возникновению новой отрасли биологической науки криобиологии, объектом которой является жизнь при низких температурах, раскрываются блестящие перспективы и перед ее ответвлением — криомедициной, использующей методы гипотермии и криохирургии. И все это делается во имя самого ценного для человек — здоровья и продления жизни.

Могут ли йоги впадать в анабиоз?

Известно, что йогизм — одно из самых древних культурных наследий Индии — возник в IV–II вв. до н. э. Упоминания о нем встречаются в древних веддах (молитвенниках и книгах песнопений ранних индоарийцев). Все формы йоги и его учения ставят себе целью мобилизовать «скрытую, потенциальную силу тела», чтобы слиться с «всемирной мощью». Доказано, что применяемая хата-йогой техника — удерживание тела в определенных позах и контроль за дыханием — может привести человека к полному самоовладению некоторыми автономными функциями организма.

«Йога» на санскритском языке означает единство, связь. В индуистском религиозном смысле этого слова имеется в виду установление связи, слияние индивидуальной души человека, которую считают «искрой» «всемирной души» — со вселенским духом. Наиболее полно это слияние осуществляется в состоянии, называемом «самадхи», которого тренированные йоги добиваются, прибегая к древней индийской технике мысленного самовнушения. По мнению индусов, «дух утопает в глубокой мысли, а тело — в глубоком сне». Индусы верят, что в подобном состоянии дух, находящийся в теле, полностью соединяется с духом вселенной.

Историки предполагают, что первые йоги появились где-то в высокогорьях Тибета и на склонах Гималаев. Для высокогорного климата характерна нехватка кислорода, которая начинает ощущаться на высоте 2 тыс. м. Кислородная недостаточность обычно приводит к увеличению объема воздуха, проходящего через легкие, т. е. к усилению вентиляции легких. Волевым уменьшением вентиляции легких жители высокогорий Тибета умели ускорять приспособляемость организма, привыкание к нехватке кислорода на уровне тканей.

Довольно часто пишут и говорят о том, что йоги владеют анабиозом, при этом обычно ссылаются на то, что путем регулирования дыхания они могут управлять некоторыми процессами жизнедеятельности. По мнению советских физиологов Н. А. Агаджаняна и А. Ю. Каткова, тайна анабиоза йогов скрывается в суммарном действии трех влияющих на организм физиологических факторов: дозированного голодания, расслабления мускулов и замедленного дыхания (кислородной недостаточности). Попытаемся разобраться в этом и начнем с замедленного дыхания. В этом отношении большие успехи достигнуты не только йогами. Еще в 1930 г. американский физиолог Е. С. Шнайдер провел обследование двух пилотов. Один из них, вдохнув чистый кислород, затем сумел остановить дыхание на 14, а другой — на 15 мин. Ловец жемчуга калифорниец Роберт Форстер после того, как дышал кислородом в течение получаса, мог оставаться под водой без акваланга в течение 13 мин. Но и он не был способен погрузиться в гипнотическое состояние, подобно йогам.

В этом отношении в природе серьезные преимущества имеют некоторые виды животных, например тюлени. Они, как и люди, дышат легкими. Чтобы иметь возможность долгое время оставаться под водой, у них эволюционным путем выработалась способность к мышечному расслаблению. В связи с тем, что под водой мышечный тонус понижается, потребность в кислороде снижается на 1/3, а ведь потребность организма в кислороде служит главным критерием уровня жизнедеятельности. Не случайно у всех видов животных, впадающих в зимнюю спячку, мышцы расслаблены, сердце едва-едва бьется, дыхание поверхностное и очень редкое.

Но снижать потребность своего организма в кислороде могут не только тюлени, медведи и ежи, а также йоги и факиры. Это доступно многим. В октябре 1974 г в Дели на XXVI Международном конгрессе физиологов Р. К. Валайс доложил о результатах своих исследований, о том эффекте, который достигается благодаря умению сосредоточить все внимание на расслаблении мышц тела. Участвовавшие в исследовании (36 человек) тренировались в течение 2–3 лет. Они научились всего лишь за 15 мин понижать потребление организмом кислорода на 16 %. Люди, которые подобными тренировками не занимались, такого эффекта добиться не могут, так как даже во время ночного сна потребление кислорода не уменьшается больше чем на 8 %.

В Советском Союзе тоже проводились подобные исследования: после соответствующей тренировки люди понижали частоту сердечных сокращений от физиологических 70 до 42 в минуту.

Однако далеко не каждый может овладеть таким умением. Продолжительные тренировки можно облегчить с помощью созданного советскими исследователями в 1975 г. лечебного импульсного дистанционного аппарата, названного сокращенно «ЛИДА». Этот аппарат излучает 4 вида раздражителей — электромагнитный, тепловой, звуковой и зрительный; все они действуют одновременно (40–60 импульсов в минуту) в течение получаса. Под влиянием этого ритма наступает расслабление мышц.

В 1950 г. был проведен совершенно невероятный эксперимент с 52-летним йогом Бабашри Рамаджи Джирнари, описанный потом индийским врачом Вейкелем в журнале «Ланцет». На глазах у десятитысячной толпы в Бомбее йог опустился в выкопанную в земле узкую яму-камеру, на дне и стенах которой повсюду торчали гвозди. Затем эту яму загерметизировали цементом. Там в состоянии «мнимой смерти» Рамаджи провел 56 ч. После этого камера была заполнена водой и он оставался под водой 6,5 ч, и все же его «оживили» в одной из бомбейских клиник.

Можно ли объяснить это чудо? Разумеется, таких поразительных результатов нельзя добиться только тренировками, умением расслаблять свои мышцы и замедлять дыхание. Перед экспериментом Рамаджи в течение 10 дней пил только воду и ничего не ел.

Помогло ли это? Еще в начале нашего века советский физиолог В. В. Пашутин выяснил, что повторное, довольно продолжительное голодание, как это ни странно, представляет собой своего рода гимнастику мозга и тела: центральная нервная система все больше замедляет расход запасов в организме. Этой гимнастике помогает и тот факт, что при дозированном голодании мозг не страдает. В настоящее время известно, что голодание понижает газообмен и организм удовлетворяется меньшим количеством кислорода, выделяет меньше углекислого газа. При голодании дыхание становится поверхностным. Это по-своему тоже способствует расслаблению.

Установлено, что замедленное глубокое дыхание (не более четырех вдохов в минуту) с задержкой на вершине вдоха облегчает приток венозной крови к сердцу. Кроме того, накопление в организме углекислого газа, являющееся результатом замедления дыхания, улучшает питание мускулатуры сердца.

Если после задержки дыхания сделать максимально полный выдох, то можно резко замедлить сокращения сердца. Именно таким способом некоторые йоги и факиры добиваются «остановки сердца».

В 1957 г. это явление было изучено у 32-летнего йога Рамананда. При полном выдохе тот прижимал к груди подбородок и в течение 15 с максимально напрягал мускулы груди и живота. В результате резко повышалось внутригрудное давление, затрудняя сокращения сердечной мышцы. На рентгеновском аппарате диаметр сердца уменьшился на 1 см. Сердечные тоны не прослушивались, пульс не улавливался, но электрическая активность сердечной мышцы все же сохранялась. Следовательно, полной остановки сердечной деятельности у йога не наблюдалось, но сокращения сердечной мышцы становились настолько слабы, что не было никакой возможности определить их на слух.

Подобное явление еще в 1904 г. описал в своей книге «Дух и тело» русский академик И. Р. Тарханов. В ней приводится случай с английским полковником Таунсендом, который умел произвольно вызывать остановку своего сердца, «причем на такое продолжительное время, что впадал в бессознательное состояние; его тело во время подобного опыта коченело… глаза казались неподвижными; через несколько часов пребывания в таком состоянии он снова постепенно приходил в себя. Долгое время подобные сеансы проходили для Таунсенда благополучно, но однажды, демонстрируя перед множеством свидетелей подобный опыт, он умер вечером того же дня».

Первая попытка тщательного физиологического исследования «погребения йогов живьем» осуществлена в 1959 г. на кафедре физиологии Индийского института медицинских наук. Вместо гробницы ученые использовали прозрачную стеклянную герметически закрытую камеру. В ней дважды в течение 8 — 10 ч. находился все тот же, но уже 34-летний йог Рамананда, за плечами которого был 17-летний опыт в этой области. За время пребывания Рамананды в камере содержание кислорода в ней понизилось до 14,9 %, а углекислого газа увеличилось до 5 %. При этом самочувствие йога не ухудшилось, частота пульса и дыхания не увеличилась, а потребление кислорода понизилось на 40–50 %. Для нетренированного человека это непосильно. Для того чтобы во время операции на грудной клетке понизить потребность в кислороде на 50 %, хирургам с помощью наркоза и искусственного охлаждения приходится понижать температуру тела пациента до 28–30 °C. У йога Рамананды во время опыта температура тела была 38,4 °C: столь явно выраженного понижения потребности организма в кислороде он добивался за счет максимального расслабления мускулов.

Как показали опыты советских ученых Н. Агаджаня-на, Г. Давыдова и А. Сергиенко, у людей, которые не занимались специальными тренировками по расслаблению мышц, понижение содержания кислорода в воздухе герметически закрытой камеры до 13 % и увеличение содержания углекислого газа до 8 % (за 16–17 ч) приводило к 13-кратному увеличению вентиляции легких, усилению сердцебиения и резкому ухудшению их общего состояния. Советские ученые пришли к выводу, что важное значение в выработке способности впадать в состояние мнимой смерти, кроме умения расслаблять мышцы, имеет тренированность организма в отношении гипоксии (кислородной недостаточности). Вот почему не случайно йоги, прежде чем впасть в состояние анабиоза, резко замедляют свои дыхательные движения.

Советские ученые Н. А. Агаджанян и А. Ю. Катков, занимающиеся проблемами анабиоза у человека, пишут, что в книге швейцарского этнографа О. Штоля «Гипноз и внушение в психологии народов» (1904 г.) описывается уникальный сеанс, проведенный в 1837 г. по инициативе магараджи Рунджита Синга и английского офицера Клода Уайта. Жители индийского города Лахора и окрестных деревень собрались, чтобы наблюдать за тем, как йог Харида самовольно впадет в глубокий 6-недельный сон. Перед этим испытанием йога находился на 7-дневной молочной диете, а в день засыпания промыл свой желудочно-кишечный тракт. Процесс впадания в анабиоз начался с позы расслабления, опускания головы на грудь и монотонного повторения одних и тех же слов, при этом йог стал постепенно задерживать свое дыхание. Когда Харида заснул, слуга залепил ему глаза, нос, уши и рот воском (чтобы туда не проникали насекомые). Комиссия во главе с магараджей Сингом и англичанином Уайтом, чтобы предотвратить любую возможность обмана, заставила зашить йога в мешок, мешок положить в сундук и, закрыв, оставить его в строго охраняемой комнате. Там йог и проспал целых 42 дня.

Перед процедурой пробуждения комиссия убедилась в целости печати на дверях комнаты. Когда их открыли, присутствующие увидели вертикально поставленный деревянный сундук с висячим замком, запечатанный личной печатью магараджи. Открыли сундук и в нем нашли зашитого в мешок из полотна йога. Он находился там в неудобной сгорбленной позе в состоянии оцепенения. Руки у него сморщились, на ощупь казались деревянными, голова лежала на плече. Врач взял его руку, чтобы найти пульс, но тот не прощупывался. Слуга начал обрызгивать йога теплой водой и растирать ему руки. После этого он завернул его голову в разогретое тесто из пшеничной муки, удалил восковые тампоны из рта, носа, ушей и глаз, насильно открыл ему рот и вытянул из глубины гортани втянутый туда язык. Последовали длительные процедуры и массаж, и наконец йог вздохнул. Слуга влил ему в рот масло и заставил его проглотить. Йог медленно открыл один глаз, затем другой, по его телу несколько раз прошли судороги. Постепенно к нему вернулся нормальный цвет кожи, и через полчаса после начала пробуждения Харида «ожил». Его первые слова, произнесенные медленно, словно он преодолевал неимоверную тяжесть 42-дневного сна, были обращены к магарадже: «Ну а теперь ты мне веришь?» Примерно через час после этого у Хариды постепенно пришли в норму все проявления жизнедеятельности.

Эту историю многократно пересказывали, зачастую извращая, но всегда оценивали как чудо, называя божественным сном йога. Почти в таком же виде описал ее известный болгарский ученый академик Методий Попов, приведя в качестве примера возможного сокращения активных функций человека, известного еще в давние времена под названием «вита минима» («минимальная жизнь»). В действительности же этот сеанс показал умение йогов в совершенстве управлять собственным телом.

Директор Парижской кардиологической клиники Тереза Бросе проводила исследование заживо погребенных («оживших») йогов и обычных людей. Она установила, что после нескольких лет тренировок человек может научиться не дышать 10–15 мин. При этом происходило замедление всех процессов жизнедеятельности, как это бывает у животных во время зимней спячки. У заживо погребенных йогов сердце не останавливается, а резко падает частота и сила сердечных сокращений.

Еще один, можно сказать, невероятный опыт был проведен в предместье столицы Индии Дели — Модел Тауне. Йог Свами Сатиамуртри — довольно пожилой человек с поседевшей бородой — опустился в выкопанную яму размером 2,5х2,5 м, дно которой было устлано сеном. Там он принял позу «подмазана» (позиция «лотос») и совершил религиозный обряд. После этого к ногам и груди йога прикрепили электроды. Доктор Иогеш Чандра Матур, специалист по болезням сердца, провел последние приготовления, йог остался один в яме, и ее накрыли крышкой. Поверх крышки утрамбовали 15-сантиметровый слой земли. Через 7 дней «гробницу» вскрыли и обнаружили Сатиамуртри в состоянии оцепенения в первоначально принятой им позе. Его жена принялась массировать сначала голову и верхнюю часть тела йога подогретым оливковым маслом. Вскоре тот пришел в себя. Через некоторое время он выпил стакан молока и съел немного фруктов. Прошло 8 ч, за это время йог принял несколько теплых ванн и выглядел свежим, чувствовал себя хорошо, но похудел на 5 кг. Доктор Матур, свидетель «погребения» йога, вместе со своими сотрудниками круглосуточно контролировал аппаратуру, подключенную к электродам, прикрепленным к телу Сатиамуртри. Все данные тщательно регистрировались на протяжении всего опыта. Прослушивались шумы в сердце йога в течение всех семи суток. Вот что сказал доктор Матур: «Нам долго пришлось ждать, почти сорок часов, пока йог впал в это состояние. Во время предыдущего опыта это ему удалось только через 5 дней. После этого начали происходить странные явления, зарегистрированные аппаратурой: температура тела понизилась до 34,8 °C, сопротивление в коже, обычно колеблющееся между 3 и 8 тыс. ом, за несколько часов резко подскочило и превысило чувствительность нашего аппарата, измеряющего сопротивление до 2 млн. ом. Когда йог впал в состояние «самадхи», сопротивление в коже понизилось до нормального уровня. В конце второго часа у йога резко сократились дыхательные движения. Биения сердца сначала участились, а затем замедлились». В дальнейшем началось сильное сердцебиение — до 250 ударов в минуту (как при быстром беге). Затем наступил короткий период нарушения деятельности сердца, пока кардиограф неожиданно не сигнализировал: йог остановил сердцебиение- его сердце не работало! Уж не фокус ли это? Доктор Матур категоричен: йог ни в коем случае не мог отключить электроды и «обмануть» чрезвычайно чувствительный микрофон, вмонтированный в его «гробницу». Кроме того, проверка показала, что ни к одному из электродов вообще никто не прикасался. Через 5 ч после наступления состояния «самадхи» все функции организма, кроме функций центральной нервной системы, прекратились. 5 дней подряд кардиограмма не отмечала никакой деятельности сердца.

Как объяснить все это? По мнению доктора Матура, некоторые йоги обладают способностями почти останавливать сокращения сердца, в значительной степени уменьшать другие биологические функции организма и жить несколько дней без дыхания и кровообращения. Доктор Матура сравнивает это их состояние с зимней спячкой у некоторых пресмыкающихся, земноводных и млекопитающих.

По словам известного факира Ивона Ива, позволявшего, чтобы его закапывали в землю живьем, объяснение этой тайны заключается в следующем: «Я зажимаю сонную артерию и чувствую, что теряю сознание. Я впадаю в полулетаргию, пульс у меня почти не прощупывается, дыхание почти прекращается. Только так можно выдержать под землей и не задохнуться». Однако после одного такого сеанса пульсация сердца у него достигла 250 ударов в минуту, и врачи предупредили его, что следующий сеанс может оказаться для него роковым, после чего факир прекратил свою деятельность.

Между тем интересен тот факт, что йоги не зажимают свою сонную артерию, а используют другой физиологический метод — постепенно замедляют ритм дыхания и увеличивают паузу между дыхательными движениями. Таким опытом поделился пожилой йог, выглядевший как 20-летний юноша. Он посетил Советский Союз и объяснил, как ему удалось сохранить юношескую внешность: по его словам, он живет только днем. Ночью он сокращает частоту вдохов и выдохов в 10 раз и «таким образом живет всего час вместо десяти»[30].

Сочетая дыхательные упражнения с неподвижными позами и системой самовнушения, йогам, вероятно, удается сократить потребление организмом кислорода и перейти к такому уровню жизнедеятельности, при котором внешние признаки жизни исчезают.

Но не только йоги умеют «умирать и воскресать». Вот как врач-путешественник Гарри Райт в своей книге «Свидетель колдовства» (1971 г.) описывает практикуемый некоторыми африканскими жрецами обряд воскрешения впавшего в анабиотическое состояние «колдуна»: «На земле лежал здоровый молодой мужчина, ростом выше 6 футов (1 фут — 0,3048 м.- (Прим. переводчика), с широкой грудью и сильными руками. Я сел так, чтобы загородить его своим телом, и быстрым движением приподнял его веки, чтобы проверить реакцию зрачков по методу Аргила-Робинсона. Реакции не было. Попытался также нащупать его пульс. Пульса не было. Я не обнаружил и признаков того, что у него работает сердце… Нас окружила группа из тридцати человек. Низкими голосами они запели какую-то ритмическую песню. Это было что-то среднее между воем и рычанием. Они пели все быстрее и все более высокими голосами. Как будто мертвый должен был услышать эти звуки. Каково же оказалось мое удивление, когда именно так и случилось — «мертвый» неожиданно провел рукой по груди и попытался повернуться. Крики окруживших его людей слились в громкий вопль. Грохот барабанов стал еще более яростным. В конце концов лежащий на земле все же повернулся, поджал под себя ноги и медленно пополз. Его глаза, еще несколько минут назад не реагировавшие на свет, сейчас были широко раскрыты и устремлены на нас. Судя по всему, этот молодой мужчина с помощью самогипноза разработал в коре своего головного мозга контрольный пункт для определенных музыкальных ритмов. И ничто иное, кроме этих музыкальных ритмов, не могло бы его воскресить».

Разумеется, наука все еще находится в начале изучения явлений подобного рода, но во многих странах проводятся научные обследования йогов, впавших в состояние анабиоза.

В настоящее время, кроме врачей и физиологов, методами впадания в состояние анабиоза интересуются и специалисты в области космической биологии. Это одна из любимейших тем писателей-фантастов.

Но как бы мог обычный человек или космонавт, отнюдь не йог, в самом деле впасть в состояние анабиоза?

Еще в 1901 г. профессор Бахметьев в своей статье «Рецепт того, как дожить до XXI века» подробно описал, как протекает переход в состояние анабиоза у высших животных: «Сначала теплокровное животное должно превратиться в животное с изменяющейся температурой крови, что достигается с помощью наркоза… Это необходимо для того, чтобы у млекопитающих дыхание могло протекать так же, как у лягушек, насекомых и др., т. е. при понижении температуры оно бы ослабевало. Иначе животное будет напрасно терять силы в борьбе с холодом, и это истощит его преждевременно. После наркоза животному надо устроить холодную воздушную ванну, температуру которой следует постепенно понижать с помощью специального регулятора».

Теперь достаточно хорошо известно, что наркоз и вообще фармакологические средства способны привести только к кратковременному частичному состоянию анабиоза, что нашло применение в хирургической практике. «Продолжительный анабиоз (в течение нескольких месяцев или лет) требует принципиально других решений» — к такому выводу пришел советский академик В. В. Парин.

Советские ученые Н. А. Агаджанян и А. Ю. Катков утверждают, что вместо наркоза дыхание можно замедлить, если человек научится управлять своими дыхательными движениями. Когда человек начнет тренироваться, замедляя дыхательные движения, он постепенно будет приучать ткани своего тела к повышению содержания углекислого газа. Излишек двуокиси углерода охлаждает тело за счет понижения обмена веществ в тканях — главном источнике образования тепла, подавляет центральную нервную систему и ослабляет чувствительность организма к самым различным раздражителям, в том числе и к холоду. Вот почему организм, обогащенный углекислым газом, может дополнительно охлаждаться и дойти до состояния анабиоза. По мнению этих двух советских ученых, принципиальная схема впадания в состояние анабиоза выглядит примерно так: тренировка дыхания — повышение содержания углекислого газа в организме — общее охлаждение тела. От тренировки дыхания зависит приспособляемость организма не только к большим количествам углекислого газа, но и к нехватке кислорода в тканях. Такая приспособляемость организма может предотвратить необратимые явления, которые могли бы возникнуть при охлаждении тела.

Ныне методы йогов, в совершенстве владеющих способом впадания в состояние анабиоза, стали объектом обстоятельных научных исследований. Это полезно не только для науки, но и для здоровья и долголетия человека. Весьма вероятно, что этот метод найдет применение в космической биологии при будущих космических полетах к далеким планетам. Может быть, недалеко то время, когда сбудутся слова Циолковского о неограниченной (с помощью анабиоза) продолжительности жизни человека, покоряющего Вселенную.

Космические горизонты анабиоза и гибернации

Мы живем в эпоху научно-технической революции. Человек создал сложные космические аппараты, которые помогли ему вырваться из цепких объятий земного притяжения и проникнуть в необъятный космос.

Нога человека ступила на Луну, но не следует забывать, что Луна — лишь спутник Земли и находится от нее на сравнительно недалеком расстоянии.

Для дальнейшего изучения космического пространства в будущем предстоят все более продолжительные полеты к дальним планетам. Это потребует от специалистов не только решения целого ряда технических, но и сложнейших биологических проблем. Для полета на Луну были использованы небольшие запасы кислорода, пищи и воды. Но, например, для путешествия к Марсу потребуется целый год, к Сатурну — 4 года, а путь к Урану продолжался бы десятилетиями. При таком положении запастись для космического корабля всем необходимым на Земле невозможно. Элементарные расчеты, сделанные советскими учеными, показывают, что вес необходимого запаса для полета в течение 10–15 суток равняется массе членов экипажа, а запасы на год превышают массу членов экипажа в десятки раз. При полетах к более отдаленным планетам Солнечной системы, которые могут продолжаться десятки лет, вес запасов достиг бы астрономических цифр. Эти данные говорят о том, что обеспечить космонавтам нормальные условия жизни во время их будущих продолжительных полетов существующими методами практически пока невозможно. Вот почему советские специалисты рассматривают эти проблемы в совершенно ином аспекте.

Еще в 1870 г. великий русский ученый К. Э. Циолковский заметил, что в кабине космического корабля необходимо воспроизвести естественные взаимоотношения человека с природой, существующие на Земле. Миниатюрной моделью, которая будет содержать все материальные и энергетические связи человека, должна стать замкнутая система, работающая за счет энергии солнечного излучения.

Теперь уже не подлежит сомнению, что в кабине космического корабля должна быть создана замкнутая экологическая система круговорота веществ, сходная с круговоротом веществ на нашей планете. В этом небольшом пространстве необходимо создать микромир, в котором будут строго дозированы растительные и животные организмы. В первую очередь надо решить вопрос о кругообороте воды, а затем — о кругообороте растений и животных, дающем необходимое количество продуктов питания и кислорода. Но эти на первый взгляд простые вопросы, связанные с созданием замкнутого биоцентра, становятся исключительно сложными, если к ним присмотреться поближе. Например, проблема безопасности. В то время как механические элементы замкнутого цикла могут иметь большую прочность или можно взять с собой необходимое количество запасных частей, в крайнем случае даже изготовить какие-то нужные детали в самом корабле, то что произойдет, если нарушится один из участков биологической цепи? Это привело бы к нарушению всего замкнутого цикла. Даже временное нарушение одного из циклов (что трудно исключить при длительном полете) повлечет за собой опасность заболеваний и даже гибели животных и растений. Но самая серьезная опасность скрывается в самих биологических процессах: биологические свойства, особенно организмов растений, могут резко измениться в условиях продолжительной невесомости, вибрации, космических излучений и целого ряда других известных и неизвестных причин.

Возникает проблема: как же предохранить будущих путешественников от такой опасности? Разумеется, невозможно взять с собой в качестве запасных частей растения и животных, входящих в замкнутый экологический цикл кругооборота веществ.

Вот почему взгляды ученых, занимающихся этими проблемами, снова обращаются к патентам живой природы. В этом отношении весьма заманчивой представляется перспектива изоляции космонавтов в специальном помещении космического корабля на время большей части длительного путешествия и перевода их в состояние анабиоза или гибернации, чтобы затем в необходимый момент автоматически или по команде с Земли безопасно вернуть их к нормальной температуре и к жизни.

Почему же ученые сосредоточили свое внимание на этом уникальном биологическом явлении, стремясь моделировать его применительно к космонавтике?

Прежде всего наиболее правлекательно то, что животные в состоянии анабиоза или зимней спячки расходуют намного меньше кислорода и не нуждаются в пище. Кроме того, доказано, что у них повышается устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Исключительно интересной особенностью состояния анабиоза или зимней спячки у животных является их повышенная устойчивость к неблагоприятным воздействиям. Так, например, установлено, что инфекционные болезни у таких животных не развиваются даже при искусственном заражении, а многие яды, смертельные для их организма в обычных условиях, в состоянии анабиоза или гибернации для них абсолютно безвредны. Доказано даже, что, когда такие животные были подвергнуты смертельной дозе ионизирующего облучения, они все равно выжили, так как у них в такой период сильно понижен обмен веществ и после пробуждения их жизненные функции протекали вполне нормально.

Эта временная устойчивость к заболеваниям, ядам и особенно к опасной радиации исключительно важна для будущих длительных космических полетов. Если принять во внимание вероятность того, что космическому кораблю придется проходить через зоны опасных космических излучений, станет ясно, какое значение имеет обеспечение защиты космонавтов от ионизирующей радиации.

Кроме того, дальние космические полеты будут осуществляться при скоростях, близких к скорости света. Это выдвигает со своей стороны перед космической биологией новые проблемы. При подобных полетах живые организмы будут подвергаться длительному влиянию повышенных ускорений. Следовательно, ученым необходимо заблаговременно выяснить, смогут ли космонавты безболезненно вынести подобное испытание.

В этом отношении интерес представляют опыты, проведенные на животных, о которых сообщил советский ученый Н. Тимофеев. Было установлено, что их устойчивость к перегрузкам (ускорениям) зависит от интенсивности обмена веществ. Например, при охлаждении крыс до температуры 28–22 °C животные в 2 раза легче переносили ускорение, превышающее земное в 30 раз. А когда животные находились в состоянии глубокой гипотермии при температуре тела от 5 до 8 °C, их жизнедеятельность восстанавливалась даже после пятиминутного воздействия ускорением, превышающим земное в 70–80 раз. В этом случае кровь становилась в 5–6 раз тяжелее ртути. Если такое же ускорение (перегрузка) было бы получено не на центрифуге (как это происходило в условиях опыта), а в условиях космического полета, то всего за 5 мин корабль развил бы вторую космическую скорость и стал бы спутником Солнца.

Во время проведения другого опыта крысы были возвращены к жизни после того, как их в состоянии глубокой гипотермии продержали в течение 20 мин в условиях вакуума, соответствующего вакууму, на высоте 18–20 км над уровнем моря, где все животные погибли бы уже в первые же секунды. Советские ученые считают, что сохранение жизни при таких значительных перегрузках и при таком разреженном воздухе не является крайним пределом.

Но возможно ли, чтобы в будущем космонавты были доведены до состояния, близкого к анабиозу или гибернации? На этот вопрос с точки зрения науки дан положительный ответ[31]. Вспомним широкое применение гипотермии в медицине. Почти все хирургические клиники в мире применяют этот метод. При сложных сердечно-сосудистых, мозговых и глазных операциях, а также в тех случаях, когда пациенты не переносят фармакологических наркозов, хирурги используют заимствованный у природы патент — гипотермию. При гипотермии осторожно, но быстро охлаждают весь организм (или его часть), при этом резко понижается обмен веществ, значительно замедляется движение крови, а чувствительность исчезает полностью. Это позволяет хирургам проводить свою работу, не опасаясь непредвиденных осложнений.

Но продолжительность даже самой сложной операции исчисляется несколькими часами. Возникает вопрос: возможно ли держать человека в таком состоянии несколько суток или недель? В этом отношении представляют интерес уже упомянутые опыты американских ученых Фея и Смита, которые они провели с лечебной целью над больными раком. С биологической точки зрения важнейшей является сама возможность держать человека в течение 40 суток в состоянии гибернации без каких-либо повреждений, а также понижать температуру его тела до 29–27,7 °C.

Почему же не применить эти методы в космической биологии и медицине?

Сейчас ученые обсуждают и такую проблему: как определить самую целесообразную при космических полетах степень анабиотического состояния, в которую следует привести космонавта? В этом отношении они различают две степени: первая — гибернация, при которой налицо частичный анабиоз с сохранением дыхания и сердечной деятельности, хотя они очень замедленны, а также понижение обменных процессов и температуры тела до 26–28 °C, и вторая — гипотермия, представляющая собой глубокий анабиоз, при которой температура тела понижается до 2–6 °C. При второй степени любое понижение температуры тела на 1 °C сокращает потребность организма в кислороде и обмен веществ в среднем на 5 %. Расчеты ученых показали, что гибернация сохраняет 35–40 % жизненно необходимых запасов организма, а глубокая гипотермия — почти 100 %. Следовательно, вторая степень анабиоза практически решает многие проблемы, стоящие перед космической биологией в связи с будущими дальними межпланетными полетами.

Разумеется, опыты в этом направлении станут возможны только после создания сложной аппаратуры, обеспечивающей автоматическое искусственное регулирование химического состава и физического состояния внутренней среды в соответствии с заданной программой. Техника обычных физиологических лабораторий не в состоянии обеспечить анабиоз у высших млекопитающих или у человека. Вот почему прежде всего необходимо спроектировать и создать принципиально новую сверхсовременную аппаратуру. Только с помощью такой аппаратуры можно реализовать требования, предъявляемые учеными криобиологами и экзобиологами для осуществления будущих космических полетов, которые будут продолжаться годами. Несомненно, эти высокие требования лягут в основу принципиально новых решений, нуждающихся в многочисленных экспериментах и исследованиях. Дальнейшее изучение анабиотического состояния у млекопитающих имеет огромный научный и практический смысл, так как в будущем это состояние может оказаться единственным средством спасения жизни членов экипажа при аварийных ситуациях, вероятность которых обязательно следует предусматривать при длительных межпланетных полетах.

Космическая биология находится в стадии становления, можно сказать, в «юношеском возрасте», но, даже учитывая это обстоятельство, нельзя не отметить, что путь ее развития избран правильно и он неизбежно снова пройдет через патентное бюро живой природы.

Примечания

1

Датой открытия Левенгука является 1 сентября 170l г. 1705 г — год опубликования сообщения об этом открытии в письме к Лондонскому Королевскому обществу.

(обратно)

2

После работ Нидхема явление анабиоза у пшеничной нематоды исследовал английский натуралист Бэкер (1753) который впервые поставил вопрос о длительности сохранения высушенных организмов без потери жизнеспособности. Ему удалось «оживить» нематод из зерен, хранившихся 27 лет.

(обратно)

3

Вопрос о полном прекращении обмена веществ в состоянии анабиоза не может считаться окончательно решенным. Следует отметить, однако, что у некоторых живых существ в состоянии анабиоза не удается выявить процессы обмена веществ, хотя чувствительность применявшихся методов такова, что могла бы выявить процессы, протекающие в 1000 раз медленнее нормы

(обратно)

4

У личинки галлицы Eurosta sohdagms содержание воды в ноябре составляет 65 % веса тела, а к январю падает до 20 % Содержание глицерина повышается соответственно от 10 до 21 мкг/мл. Кроме глицерина, в жидкости тела насекомых находят и другие вещества, предохраняющие их от замерзания: глюкозу, трегалозу, а также особые белки-антифризы.

(обратно)

5

Сравнительно недавно в крови арктических и антарктических рыб обнаружены специальные высокомолекулярные белки-антифризы. По химическому строению они оказались гликопептидами, т. е. соединением аминокислот с сахарами. Особенность их криозащитного действия по сравнению с солями заключается в том, что они понижают точку замерзания раствора в большей степени чем точку плавления (растворы солеи понижают обе точки одинаково). По эффективности криозащитного действия эти гликопептиды превосходят синтетический полимер поливинилпирролидон, применяемый в качестве криопротектора.

(обратно)

6

Показано, что отдельные особи углозуба переносят охлаждение до —37,5 °C. При этом в полостях тела и под кожей образуется лед, что, однако, не мешает «оживлению» животных при повышении температуры. При более низких температурах замерзает кровь, что приводит к разрушению кровеносных сосудов и гибели животных. Как и у многих других животных, существенную роль в предохранении углозуба от гибели при низких температурах играет глицерин: при понижении температуры до —5 °C его содержание в тканях увеличивается от 0,05 % до 17–18 %.

(обратно)

7

В действительности, как показывают исследования последних лет, эти животные также периодически пробуждаются. Предполагается, что эти пробуждения вызваны необходимостью выведения из организма с мочой кетоновых соединений, когда их содержание в крови, сердце и буром жире вследствие распада белков достигнет некоторой критической величины. При пробуждении температура тела таких животных повышается до 33–36°. Способность быстро согреваться является одной из особенностей зимоспящих млекопитающих.

(обратно)

8

См. примечание 7.

(обратно)

9

О возможности применения «Патента» медведей к экипажам космических кораблей см. примечание 32.

(обратно)

10

Замедление развития у зародышей рыб и амфибий наблюдается лишь при пониженных температурах. Повышение же температуры приводит сначала к ускорению развития, а затем, если температура выходит за пределы переносимой для зародыша, — к его повреждению и гибели.

(обратно)

11

Эти опыты проведены в группе кандидата биологических наук С. Г. Колаевой

(обратно)

12

Повышенная устойчивость к болезнетворным микроорганизмам может объясняться различными механизмами. Во-первых, в ряде случаев уменьшается восприимчивость к таким микроорганизмам в период подготовки к спячке. Во-вторых, заражение может произойти, но если холодоустойчивость данного вида микроорганизмов ниже холодоустойчивости зараженного животного, в период спячки микроорганизмы гибнут, и зараженное животное таким образом вылечивается. Так. зараженных трипанозомами летучих мышей и бледной спирохетой сонь удалось вылечить, вызвав у них спячку понижением температуры.

(обратно)

13

Неясно, что имеет в виду автор, говоря о спорообразующих возбудителях злокачественных опухолей. Автору комментариев такие возбудители не известны.

(обратно)

14

Опыты Н. В. Кравкова проводились в 20-е годы.

(обратно)

15

О возможной полноте восстановления функций пересаженного сердца свидетельствует недавнее сообщение английской научной печати, согласно которому человек с пересаженным сердцем успешно преодолел марафонскую дистанцию.

(обратно)

16

Утверждение автора о возможности получить в Институте проблем криобиологии и криомедицины необходимые для пересадки органы и ткани далеко от реальной практики.

(обратно)

17

В настоящее время — Научно-исследовательский институт трансплантации и искусственных органов (НИИТиИО).

(обратно)

18

К настоящему времени осуществлено успешное замораживание спермы более чем у 100 видов животных различных систематических групп — моллюсков, иглокожих, насекомых, рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих. В ряде стран созданы «банки спермы» наиболее ценных производителей крупного рогатого скота, и практически 100 % коров осеменяют семенем из таких банков. Начато создание банков спермы и редких и исчезающих видов животных, что является важным звеном, в системе природоохранных мероприятий.

(обратно)

19

В действительности работы по пересадке зигот возобновились уже в начале 30-х годов, когда она была осуществлена у крысы и овцы, и продолжались в последующие годы. В 1951 г. советский ученый А. В. Квасницкий впервые пересадил зиготы свиньи. К настоящему времени пересадка зигот осуществлена более чем у 20 видов млекопитающих — не только домашних, но и диких видов. Этот метод имеет большое значение в практике животноводства, так как с помощью низкопродуктивных коров — «инкубаторов», пересаживая им зародышей, полученных от высокопродуктивных коров, можно в несколько раз увеличить число телят — потомков высокопродуктивных коров и таким образом за короткий срок существенно улучшить стадо. О высокой оценке

(обратно)

20

К настоящему времени у овец, коз и свиней также осуществлена нехирургическая пересадка зигот.

(обратно)

21

Сообщение о пересадке зародыша тигра львице не подтвердилось. Однако пересадки зигот между другими видами успешно осуществляются начиная с 1977 г., когда домашней овце пересадили зародыш дикого барана муфлона. К настоящему времени осуществлено около 20 таких межвидовых пересадок. Так, антилопа канна родила детеныша антилопы бонго, лошади — ослят, зебрят и жеребят Пржевальского, домашние коровы — телят диких быков бантенга и гаура, а также буйвола и, наконец, овца — козленка! Правда, в последнем случае пришлось прибегнуть к сложному приему — получить сначала «химеру» между зародышами овцы и козы, которую уже и пересадили в матку овцы.

(обратно)

22

В нашей стране подобная коллекция лабораторных линий мышей создается в Институте биологической физики АН СССР под руководством профессора Б. Н. Вепринцева.

(обратно)

23

Впервые успешное оплодотворение вне организма осуществлено в 1934 г. у кролика советской ученой О. В. Красовской.

(обратно)

24

Пересадка ядер у лягушки осуществлена впервые в 1952 г. американскими учеными Робертом Бриггсом и Томасом Кингом. За прошедшие годы удалось произвести пересадку ядер клеток зародыша у ряда видов различных систематических групп — амфибий, рыб, асцидий, насекомых. В 1981 г. было опубликовано сообщение о пересадке ядер у мышей, однако в дальнейшем оно не подтвердилось. В 1986 г. была опубликована работа по успешной пересадке ядер зародыша овцы, однако ее результаты нуждаются в дальнейшей проверке. Необходимо, однако, подчеркнуть, что до настоящего клонирования, т. е. получения потомства, полностью идентичного родительской особи, еще далеко. Ни в одном случае не удалось заставить ядра клеток взрослого организма обеспечить развитие после пересадки до взрослой особи.

(обратно)

25

Ныне Научный центр по охране материнства и детства.

(обратно)

26

Нобходимость проходить первые деления дробления в материнском организме обнаружена только у грызунов (мышей, крыс, хомячков). У кроликов ранние стадии развития успешно проходят вне материнского организма.

(обратно)

27

В нашей стране первые «дети из пробирки» родились в 1986 г. в Научном центре по охране материнства и детства.

(обратно)

28

Преимущества метода гипотермии перед искусственным кровообращением несколько преувеличены. При этом методе также возможны осложнения; кроме того, с его помощью можно проводить лишь операции, продолжительность которых заведомо не превышает 20–30 мин. Однако даже при современных методах предоперационной диагностики нередко во время операции обнаруживаются дополнительные заболевания или аномалии, для устранения которых этот срок оказывается недостаточным. Поэтому применение искусственного кровообращения по-прежнему остается предпочтительным, несмотря на необходимость использования сложной аппаратуры и больших количеств дефицитной донорской крови.

(обратно)

29

В НИИ Проблем криобиологии и криомедицины разработан криохирургический метод лечения язв желудка и двенадцатиперстной кишки.

(обратно)

30

Периодическое снижение уровня обмена веществ действительно способно увеличить продолжительность жизни. Экспериментально установлено, что сирийские хомячки, проводившие в состоянии спячки от 19 до 35 % времени, жили вдвое дольше хомячков, не впадавших в спячку.

(обратно)

31

Ряд видных ученых (например Н. И. Калабухов) скептически относится к возможности применения гибернации и анабиоза для обеспечения жизни космонавтов во время длительных полетов. Указывается, что способность впадать в спячку представляет собой сложное биологическое приспособление. Одна из основных задач, стоящих перед организмом при впадании в спячку, — поддержание нормального баланса между различными процессами обмена веществ, главным образом энергетическими. Такая способность была выработана зимоспящими животными за многовековую эволюцию, и маловероятной представляется возможность смоделировать ее искусственным путем. Что же касается анабиоза, необходимо иметь в виду, что разные органы и ткани сложного организма по-разному реагируют на внешние воздействия, особенно выходящие за пределы привычных для данного организма изменений среды. Поэтому при таких крайних воздействиях, каким является перевод организма в состояние анабиоза, может нарушиться согласованность функций клеток, тканей и органов, что приведет к губительным для организма последствиям.).

(обратно)

Оглавление

Предисловие

Изучение явления анабиоза в историческом аспекте

Что означают термины анабиоз, гипобиоз, диапауза, покой, гипотермия, гибернация, эстивация, летаргия, криобиология и криомедицина?

Почему в природе многие животные и растительные организмы впадают в различные состояния мнимой смерти?

Заглянем в бюро патентов природы

Впадают ли в зимнюю спячку рыбы?

Зимняя спячка земноводных

Пресмыкающиеся тоже впадают в зимнюю спячку

Есть ли птицы, впадающие в зимнюю спячку?

Какие млекопитающие впадают в зимнюю спячку?

Какие перемены наступают у впадающих в зимнюю спячку млекопитающих?

Каковы механизмы, регулирующие состояние зимней спячки?

Выход из состояния зимней спячки

Существует ли летняя спячка в мире животных?

Можно ли «привить» животным зимнюю и летнюю спячку?

Анабиоз и зимний покой в мире микроорганизмов и в мире растений

Где находят применение анабиоз и зимняя спячка — эти патенты природы?

Возможны ли «химические» анабиоз и гибернация?

Анабиоз в прикладной микробиологии, вирусологии и энтомологии

Длительное сохранение сперматозоидов при помощи анабиоза

«Замороженная жизнь» и рождение животных путем трансплантации (пересадки) зигот

Можно ли производить «детей в пробирках»?

Возможно ли обрести «бессмертие» методом замораживания?

Что такое летаргический сон у человека?

Применяется ли в медицине искусственное охлаждение?

Могут ли йоги впадать в анабиоз?

Космические горизонты анабиоза и гибернации Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg