Какие организмы впадают в состояние анабиоза. Высушивание и замерзание. Анабиоз в культуре

Анабиоз - это состояние резкого замедления жизненных процессов, при котором отсутствуют видимые признаки жизни. В основе явления анабиоза лежит обезвоживание организма (без нарушения структуры белка). Биологическое значение анабиоза- приспособление к неблагоприятным условиям внешней среды. В эксперименте доказана возможность анабиоза у микробов, грибов и других организмов при замораживании их при t-269° и оживание при переносе в благоприятные условия. Явление анабиоза используется при изготовлении живых сухих , консервировании тканей для , длительном сохранении штаммов микроорганизмов.

Анабиоз (греч. anabiosis - оживление, от ana - вновь и bios - жизнь) - состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.); при наступлении же благоприятных условий у организмов, впавших в состояние анабиоза, происходит восстановление жизненных процессов. Типичным примером анабиоза при высушивании служит так называемая скрытая жизнь семян многих растений, которые могут в сухом состоянии сохранять всхожесть 50 лет и более. Анабиоз у животных был открыт А. Левенгуком (1701). Беспозвоночные - гидры, черви, усоногие раки, водные и наземные моллюски, некоторые насекомые, а из позвоночных - земноводные и пресмыкающиеся могут терять 1/2 и даже 3/4 заключенной в их теле воды, впадая в состояние анабиоза, а затем оживать снова.

Если процесс дегидратации идет с нарушением структуры живого белка, то происходит его денатурация (свертывание), и тогда восстановление жизненных процессов становится невозможным. П. И. Бахметьев и ряд советских исследователей установили закономерности, характеризующие анабиоз при замерзании насекомых и млекопитающих. Как показали опыты по охлаждению насекомых и других мелких животных до t°-90-160° и сперматозоидов кролика до t°-78-183°, оживление животных, впавших в состояние анабиоза, наступает только тогда, когда тканевые жидкости остаются при низкой температуре в переохлажденном, т. е. жидком, состоянии. Это возможно и при мгновенном переходе воды в стекловидную аморфную массу, вследствие чего протоплазма не разрушается. При образовании кристаллов льда, разрушающих структуру клеток и белковых молекул, оживление невозможно.

Явление анабиоза при высушивании и низкой температуре широко распространено среди микроорганизмов. Наиболее стойки к высушиванию, охлаждению и нагреванию спорообразующие бактерии, а также грибки. Споры сибиреязвенной палочки долгие годы не теряют жизнеспособности ни в сухой почве степей и пустынь, ни в замерзшей почве арктической тундры. Многие бактерии, не образующие спор, переносят длительное охлаждение до t° ниже 0°, что позволяет выделять их чистые культуры из трупов и других объектов, в которых при обычных условиях развивается и другая микрофлора. Стойки к высыханию и охлаждению некоторые виды патогенных фильтрующихся вирусов. Явление анабиоза при высушивании и охлаждении используют при изготовлении сухих живых вакцин, длительном сохранении штаммов бактерий, вирусов и клеток опухолей, консервировании тканей для трансплантации. При сохранении микробов, высушенных вместе со специальной средой при низкой температуре, иммунизирующие свойства вакцин не теряются в течение нескольких месяцев и даже лет. Чистые культуры вирусов также сохраняют длительный срок в подсушенных и замороженных тканях восприимчивых животных.

Анабио́з (от греч. anabiosis - возвращение к жизни, оживление), обратимое состояние организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ, развитие, размножение и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни (например, состояние сухих семян, мхов и лишайников, микробных культур, спор микроорганизмов). Наблюдается при резком наступлении неблагоприятных условий и помогает живым организмам перенести сильный мороз или жару, высокое давление, глубокий вакуум, мощную радиацию, вибрации и т. п. но могут возобновить жизнедеятельность при улучшении условий.

В 18 веке многие естествоиспытатели были увлечены изучением необъяснимого в то время явления «воскресения» животных и растительных организмов, существенно или полностью прекративших обмен веществ в результате высушивания или замораживания. Такое явление впервые описал в 1705 голландский натуралист А. Левенгук , наблюдавший за микроскопическими червями - красными коловратками (Philodina roseola). Существенный вклад в изучение анабиоза внесли английский натуралист и священник Дж. Т. Нидхем, изучая жизненный цикл пшеничной нематоды (Tylenchus tritici) (1743), и итальянский естествоиспытатель Л. Спалланцани , продолжавший наблюдения Левенгука за коловратками (1777).

Термин «анабиоз» предложил впервые немецкий ученый Вильгельм Прайер в 1873. В 1900 Макфедайн и Роуланд провели опыты по замораживанию различных бактерий - стафилококков, протея и других микроорганизмов при температуре −182 °С в течение 20 часов. В 1909 году российский ученый П. В. Бутягин замораживал микроорганизмы и установил, что при температуре −20 - −44 °С большинство из них сохраняет жизнеспособность в течение 3 месяцев.

Значительный вклад в изучение анабиоза внес российский ученый П. И. Бахметьев , первым начавший научно исследовать состояние организма насекомых при замораживании с помощью собственноручно изготовленного электрического прибора (1899). В его опытах бабочку, помещенную в холодную камеру, сначала постепенно охлаждали до −10 °С, затем быстро нагревали до −1, 5 °С, после чего снова постепенно охлаждали до −10 °С. При разогревании такие бабочки оживали. Это необычайное явление Бахметьев назвал температурным скачком. В 1912 ему удалось искусственно вызвать анабиоз у млекопитающего - летучей мыши, которую помещали в холодную камеру с температурой −22 °С. Спустя некоторое время тело летучей мыши становилось совершенно твердым и не подавало признаков жизни, а его температура была равна −4 °С. После извлечения из холодной камеры летучая мышь ожила.

В 1922 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. Позднее, российский ученый Н. И. Калабухов, повторив опыты Бахметьева, опроверг его утверждение, что летучих мышей можно полностью заморозить и затем снова оживить. Возвращение к жизни могло произойти только после начального периода замораживания, когда замерзали лишь конечности и поверхностные ткани тела. Как только кристаллики льда начинали образовываться во внутренних органах - в легких, кровеносных сосудах, сердце - животные погибали.

В 1934 итальянский исследователь Монтероссо попытался систематизировать явления остановки и возвращения к жизни. Так, под названием «анабиоз» он понимал угнетение жизни только в случае высыхания организмов, а для всех остальных явлений предложил новый термин - гипобиоз . Среди этой категории явлений Монтероссо выделял осмотический анабиоз, замораживание, зимнюю спячку, инцистирование, сон, высушивание тканей, оживление изолированных органов. Российский зоолог П. Ю. Шмидт выдвигал ряд сомнений по вопросу правомочности подобной классификации и выявлял два основных состояния анабиоза - анабиоз, наступающий при непосредственном высушивании живых организмов, и анабиоз при замерзании. С первым явлением тесно связан осмотический анабиоз - своеобразный процесс обезвоживания животных, обитающих в морской воде, а также летняя спячка животных, наступающая вследствие уменьшения содержания воды в организме из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях.

Состояние анабиоза характеризуется изменением содержания и состояния воды в организме, изменением структуры содержимого клеток, состояния ферментов и обмена веществ. Процесс перехода к анабиозу характеризуется снижением интенсивности биохимических процессов. С общебиологической точки зрения анабиоз представляет собой приобретенное в ходе эволюции физиологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям.

Погружение в анабиоз используется на практике как способ длительного сохранения полезных организмов (например, сухих живых вакцин) или их частей (консервация тканей и органов) без потери жизнеспособности.

Анабиоз (от лат. anabiosis — «оживление») — состояние живого организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. По крайней мере, такое определение этому термину дает Биологический энциклопедический словарь.

Коловратка

Анабиоз — широко распространенное явление в животном мире. Например, у насекомых при отрицательных температурах сильно замедляется или практически останавливается все их развитие. В оцепенение могут погружаться летучие мыши, грызуны, некоторые птицы, пресмыкающиеся, амфибии.

Впервые же еще в 1705 году на феномен анабиоза обратил внимание голландский изобретатель микроскопа Антони ван Левенгук. А случилось это после того, как он взял сухой песок, увлажнил его и поместил под окуляр микроскопа. К удивлению Левенгука, неподвижные существа начали двигаться. Это были микроскопические черви — коловратки.

В 1743 году английский естествоиспытатель Джон Тёрбервилл Нидхем наблюдал аналогичное явление у пшеничной нематоды Tylenchus Tritici. Личинки этого червя могли сохраняться не менее двух лет в высушенных зернах пшеницы. Оказавшись же вместе с зернами в почве, личинки нематод «оживали».

В 1777 году итальянский ученый Ладзаро не только подтвердил опыты Левенгука над коловратками, но и открыл тихоходок — микроскопических существ, обитающих во мхах и лишайниках. Оказалось, что и тихоходки, как и коловратки, переносят длительное высушивание и оживают после их увлажнения.

Со временем появилось несколько точек зрения на факторы, позволяющие организмам переносить длительное высушивание. Так, Левенгук предполагал, что коловратки защищены от высыхания плотной оболочкой, удерживающей влагу. В свою очередь, Т. Нидхем считал, что высохшие коловратки сохраняют жизнь без воды и кислорода благодаря каким-то особенностям их организма.

Проходили десятилетия, но интерес к «феномену воскрешения» животных и растений не ослабевал, а, наоборот, привлекал все большее внимание. В конце концов, в 1873 году немецкий ученый Вильгельм Прейер предложил называть это удивительное явление анабиозом.

Многочисленные исследования анабиоза у животных провел русский ученый П.И. Бахметьев. Он изучал воздействие низких температур на физиологию насекомых и млекопитающих, в частности на летучих мышей.

Так, он установил, что температура тела бабочки, помещенной в холодильную камеру, сначала медленно снижалась до — 10 °С, потом быстро поднималась до -1,5 °С, а затем снова падала до -10 °С. Это загадочное явление П.И. Бахметьев назвал температурным скачком.

Давно известно, что вещества могут находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком и газообразном. При этом твердое состояние подразделяется на кристаллическое и аморфное. И когда некоторые вещества переходят из жидкого состояния в твердое, их молекулы тоже образуют кристаллы.

Так вот, в 1938 году американский ученый Б. Лайет установил, что замерзающие организмы погибают в результате того, что в их телах появляются кристаллы льда, приводящие к разрушению мембран и цитоплазмы клеток.

Конечно, анабиоз — это соответствующая реакция организма на определенные условия внешней среды: в частности, на понижение или повышение температуры. Дело в том, что одни животные к столь опасным для их жизни обстоятельствам запасают еду, другие — мигрируют в более благоприятные и кормные места. А третьи — запасов не делают, остаются на месте, но зато могут погружаться в особое состояние, при котором значительно снижается активность метаболических процессов в организме, что приводит к падению температуры, сердечного ритма, частоты дыхания и т.д.

В зимнюю спячку (гибернация) погружаются многие виды моллюсков, ракообразных, пауков и насекомых, а также рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

Перед погружением в спячку в организме животного происходят сложные физиологические изменения. Так, в преддверии анабиоза в полостях тела, под кожей, вдоль кишок, в груди накапливается жир. Причем запасы эти довольно значительны. Например, перед спячкой вес сусликов увеличивается в три раза по сравнению с весенне-летним сезоном. А в одном из исследований было показано, что у сурка в июне вес подкожного и внутреннего жира равнялся всего 10—15 г, а в августе — 750—800. Значительные жировые накопления делают сони, ежи, бурые медведи, летучие мыши.

Любопытные явления во время зимней спячки происходят в организме черного медведя барибала. Так, в течение 3—5-месячного сна он каждый день расходует около 4000 калорий, при этом не потребляя ни пищи, ни воды и не удаляя из организма продуктов метаболизма.

Этот феномен исследовали американские ученые. Оказалось, что эти особенности организма медведей обусловлены присутствием особого гормона, еще осенью поступающего в ткани его организма из гипоталамуса.

Однако это исследование не дало ответа на очень важный вопрос: что препятствует накоплению в организме барибала ядовитых продуктов метаболизма, которые у бодрствующего медведя выделяются из тела с мочой? Кроме того, было установлено, что когда температура тела у медведя значительно понижается, его начинает бить дрожь. И продолжается это от двух дней до недели — пока температура не придет в норму.

Однако больше всего удивило исследователей медвежье сердце. Дело в том, что, когда во время зимней спячки медведь делает глубокий вдох и выдох, его сердце в течение 10—20 с совсем не бьется. С чем это связано, ученые тоже пока ответить не могут...

Ученым давно известно, что все звери — от медведя до суслика, — впадающие в зимнюю спячку, регулярно ворочаются в своих норах, пробуждаясь от глубокого сна. А ведь во время этих движений сжигается огромное количество так необходимой животному энергии.

В связи с этим явлением у исследователей появился особый интерес к сусликам, в частности к калифорнийским, которые неделями валяются с температурой тела 5 °С, и целых полгода их сердце стучит с периодичностью всего два удара в минуту.

Однако раз в неделю, как по команде, они просыпаются. И конечно же, в это время температура их тела увеличивается. Причем до целых 37 °С! Если подсчитать, то окажется, что на эти пробуждения животное тратит около 80 % запасенной энергии. Безусловно, это ужасное расточительство. К чему оно?

Чтобы ответить на этот вопрос, американские биологи провели наблюдение над этими зверюшками, взяв в качестве подопытных экземпляров 31 суслика, каждому из которых прикрепили миниатюрные температурные датчики. Когда измученные животные впали в зимнюю спячку, им ввели один из углеводов, который повышает температуру тела у бодрствующих зверьков. Но это никак на спящих сусликов не подействовало. Однако, когда они начали просыпаться, температура их тела тут же повысилась, словно им ввели инъекцию накануне.

В связи с этими результатами напрашивался единственный вывод: когда животное спит, его иммунная система полностью отключается и не реагирует на раздражители.

В природе существуют механизмы, защищающие растения и животных от пагубных воздействий окружающей среды, климатических и экологических условий. Одни впадают в спячку, другие приостанавливают развитие, но самый совершенный способ выживания - анабиоз. Что это такое и кто в него впадает, рассмотрим в статье ниже.

Определение

В переводе с древнегреческого анабиоз означает «возвращение к жизни». Определение анабиоза согласно "Википедии" - это временное прекращение или торможение процессов жизнедеятельности под влиянием внешних либо внутренних факторов. Все протекающие в организме процессы (дыхание, пульс и т. д.) замедленны настолько, что определяются только с применением специального оборудования.

В состояние анабиоза живые организмы впадают при резкой смене условий существования в худшую сторону. После улучшения условий начинается восстановительный период и переход к привычному для жизнедеятельности режиму.

Роль в природе

В природе анабиоз встречается не только среди животных организмов. Он широко распространен среди микроорганизмов, в числе которых бактерии и некоторые виды водорослей. Анабиоз также представлен в растительном мире.

Научно-исследовательской работой ученых доказана роль анабиоза как способа переживания неблагоприятных условий. Они сделали вывод, что в процессе эволюции отдельные виды растений и микроорганизмов приспособились впадать в состояние анабиоза и находиться в нем от нескольких месяцев до миллионов лет, а затем возобновлять естественные процессы жизнедеятельности.

Классификация

В природе выделяют два вида анабиоза:

• Вынужденный анабиоз. Данный вид наступает на любом этапе развития организма, происходит это по причине значительного неблагоприятного воздействия окружающей среды и прекращается при улучшении условий существования.
• Сезонный (онтогенетический) анабиоз. Такое состояние возникает на определенном этапе онтогенеза организмов. Кроме того, он характеризуется способностью эмбриона приспосабливаться к негативному влиянию внешней среды обитания, к примеру, когда яйца ракообразных находятся в состоянии покоя.

Относительно характера изменений воды и ее количества в организмах, в связи с которым произошел переход к состоянию анабиоза, также можно определить некоторые виды:

1. Что это - анабиоз, вызванный высыханием организмов? Для обозначения данного состояния зачастую используется термин - ангидробиоз, что, по мнению некоторых биологов, не совсем верное определение. Обусловлено это невозможностью полной потери жидкости при переходе к анабиозу.
2. Глубокая заморозка, в результате которой происходит спячка. Процесс обусловлен переходом воды в состояние льда и носит название криоанабиоз.
3. Анабиоз, вызванный нахождением живого организма в условиях повышенной концентрации солей и осмотического давления, в результате чего происходит извлечение воды из тканей. Как правило, такое состояние именуется осмотическим анабиозом.

Высушивание и замерзание

Ярко выраженным примером анабиоза при высушивании являются семена, некоторые из них сохраняют всхожесть спустя многие десятилетия.

Впадают в анабиоз и беспозвоночные виды: черви, наземные моллюски, некоторые насекомые и раки, среди позвоночных отдельные экземпляры земноводных и пресмыкающихся способны терять от 50 до 75 % воды, впадать в анабиоз и спустя время оживать. Современной наукой были выявлены некоторые виды бактерий, которые в условиях анабиоза образуют споры. Они представляют собой обезвоженные клетки с плотной оболочкой. Благодаря спорообразованию они в разы повышают устойчивость практически ко всем факторам внешней среды.

Говоря об анабиозе, вызванном замерзанием, отмечают не только снижение содержания воды, но и ряд других изменений, таких как уменьшение и уплотнение тела, потеря активности ферментов, загустение цитоплазмы, полное прекращение метаболизма.

Во время анабиоза организм не претерпевает никаких изменений в росте, развитии и взрослении, благодаря этому его существование во много раз продлевается. Наибольшей стойкостью к замерзанию и высушиванию отличаются бактерии, грибки и отдельные виды патогенных вирусов.

Стадии

Глубина оцепенения напрямую зависит от концентрации остаточной жидкости, а спячке предшествует процесс накопления жировой ткани. Время нахождения организма в одном из состояний и условия для его поддержания подразделяют на следующие стадии:

1. Это анабиоз, что был вызван глубоким обезвоживанием (в исключительных случаях 100%), может продолжаться десятки, сотни, а иногда и тысячи лет. Идеальное такое состояние характеризуется полным удалением свободной жидкости из организма, при этом вся молекулярно-связующая вода остается. В случае, когда свободная вода осталась в организме, процесс хоть и в замедленном темпе, но продолжается и рано или поздно приведет к гибели клетки. Удаление молекулярно-связующей воды также со временем погубит организм. В случае абсолютного удаления свободной жидкости и полной сохранности молекулярно-связанной живой организм может находиться в анабиозе неограниченное время.
2. Диапауза - это частичное обезвоживание организма, в котором он может пребывать не столь длительный срок, как при анабиозе.
3. Оцепенение. Перед наступлением данного состояния организмы накапливают жидкость, не способную замерзнуть. В среднем оцепенение может длиться год или немногим больше.
4. Спячка. В качестве подготовки к спячке животные организмы накапливают жировые отложения, которые обеспечивают выживание. В таком состоянии они могут пребывать несколько месяцев, в редких случаях - год.

Кто впадает в анабиоз из животного мира?

Наряду с насекомыми и микроорганизмами в состояние анабиоза способны впадать высшие позвоночные. Науке известны примеры обнаружения во льдах мерзлых ящериц, которые оживали после их размораживания. При этом важно отметить, что некоторые представители хладнокровных провели там несколько десятилетий. Но еще более удивительны примеры обнаружения во льдах теплокровных животных, которые пребывали в состоянии, близком к анабиозу.

Таким образом не лучшие климатические условия могут переждать ежи и тушканчики, мало того, разбудить их не представляется возможным никаким известным способом. В свое время в качестве эксперимента в анабиоз вводились летучие мыши и кролики.

Среди бесхвостых земноводных интересным для науки экземпляром является лягушка в анабиозе. Ученые выясняют, почему она не замерзает во льду. Известно, что лягушки находятся на открытом воздухе, когда начинается похолодание, и сидят, пока не оцепенеют. В процессе замораживания в их крови происходят изменения - увеличивается количество глюкозы. Благодаря процессу тело лягушки становится похожим на желеобразную массу, в которой не образуются кристаллы льда и не травмируют клетки организма.

Анабиоз растений

Вблизи моря можно часто найти сухие корочки, мало напоминающие растения, однако если опустить их в воду, они приобретают цвет, распрямляются и превращаются в водоросли. Это пример анабиоза растений. Даже низшие многоклеточные организмы имеют способность переходить в состояние анабиоза.

Растения, анабиоз которых наступает в результате высыхания, имеют общую способность оживать после дождя. Речь идет о некоторых видах лишайника, мха и водорослей. Несмотря на убеждение, что растения без воды погибают, для них это нормальные условия жизнеобеспечения.

Невозможно не упомянуть об анабиозе семян, которые могут храниться годами, при этом сохраняя свою всхожесть. Один из удивительных примеров - найденные в торфяных болотах семена лотоса тысячелетней давности, из которых впоследствии было выращено растение.

Анабиоз человека

Исследования по анабиозу человека активно ведутся и по сей день. Введенные в данное состояние теплокровные животные дают основания предполагать, что и человек может пребывать в анабиозе. Что это значит для нашего вида? Для этого должен быть осуществлен ряд подготовительных работ:

1. Усыпление человека.
2. Замена крови специальным физиологическим раствором, который не будет иметь способность замораживаться.
3. Тело погрузить в капсулу с жидким азотом.
4. Такой контейнер хранится при низких температурах в подвалах.

Но исследования пока не подтвердили факт удачной разморозки человека. При этом ученые склоняются к тому, что мозг после таких манипуляций будет безвозвратно поврежден.

Некоторое время назад было предложено погружать космонавтов в состояние анабиоза для совершения длительных межгалактических путешествий. Это даст возможность поддерживать жизнедеятельность астронавта в течение длительного времени и экономить необходимые ресурсы.

Многочисленные лаборатории по всему миру ежедневно проводят самые различные исследования, цель которых искусственно погружать человека в состояние анабиоза.

При этом неизбежно возникает ряд принципиально неразрешимых проблем. Любое замораживание приводит к образованию кристаллов льда в клетках тканей , что, в конечном счете, приводит к разрушению их клеточной, и даже молекулярной , структуры. Достичь же скорости замораживания, при которой происходит стеклование тканей, технически невозможно. Применение антифризов едва ли можно считать эффективным, (природа 4,5 миллиарда лет экспериментировала с различными вариантами накопления антифризов, однако оно происходит только у организмов, впадающих в оцепенение ). В то время как для анабиоза или супердиапаузы характерно обезвоживание , и чем оно глубже, тем более длительным может быть анабиоз .

Замораживание тела человека после его смерти, предопределяет невозможность его оживления, даже если удастся избежать образования кристаллов льда. После биологической смерти происходит необратимое разрушение тонких структур коры головного мозга , а именно эти структуры и есть человек как личность, и при их разрушении личность исчезает, чему имеется масса медицинских примеров. Если состояние клинической смерти длится более 8 минут, (при нормальной или повышенной температуре тела) то не рекомендуется проводить реанимацию , потому что восстановление личности, как правило, становится невозможным.

То, что сейчас различные криофирмы ,называют анабиозом , всего лишь экзотическая форма захоронения трупа умершего человека. Все рекламируемые этими фирмами процедуры пропитки тел антифризами, «секретными» разработанными ими составами, особые методики замораживания, не более чем рекламные трюки. Те трупы, которые хранятся в современных криохранилищах. Представляют собой биомассу, у которой нет абсолютно никаких шансов вновь стать вновь тем человеком, которым они были до своей смерти. Однако надо признать, что при размораживании этих трупов можно будет выделить отдельные клетки сохранившие жизнеспособность. Выделить из них генетический материал и клонировать биологическую копию умершего человека. Только возникает один вопрос, а не проще ли размножаться традиционным путём.

В последующих главах мы подробно разберёмся в фактах, которые позволяют столь категорически отвергать анабиоз в той форме, в которой его сейчас активно рекламируют во всём мире, то есть сохранении тела умершего в жидком азоте.

Выясним, возможен ли анабиоз , а не замораживание трупа, хотя бы теоретически и если возможно (а это возможно) то, как можно осуществить не экзотические похороны в жидком азоте, а истинный анабиоз с реальным шансом на выход из него.