Анабиоз

Научные споры

Среди ученых нет единого мнения насчет того, какие именно способы борьбы с тяжелыми природными условиями можно отнести к понятию «анабиоз». Что этот термин подразумевает? С тем, что его можно отнести к зимней спячке, согласны далеко не все. Но поскольку большинство процессов заторможены: животное не нуждается в еде, не испражняется, не страдает от холода и не испытывает жажды, продолжает дышать, сердце бьется, а определенные биохимические реакции в теле не останавливаются, многие исследователи все же склоняются к тому, что спячку можно считать вариантом неполного, частичного анабиоза.

А вот приостановка жизненных процессов у хладнокровных уверенно относится к анабиозу всеми учеными. Основанием является уже хотя бы то, что перед впадением в это состояние организм тех же лягушек начинает выработку своего рода антифризов, которые нужны для предотвращения кристаллизации воды внутри клеток, что неизменно ведет к разрыву клеточных мембран и гибели животного. У лягушки останавливается сердце, не работают почки, отсутствует дыхание. А белок – самая уязвимая составляющая организма – преобразовывается в гидрогель, схожий по виду с сухим желатином. В анабиозе лягушка внешне ничем не отличается от мертвой. Однако с потеплением начинает биться сердце, и все функции восстанавливаются.

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.

Анабиоз человека

Работы по анабиозу человека пока находятся в начальной стадии теоретических разработок и опытов над животными. Но первые успехи по погружению в анабиоз теплокровных животных, в частности, мышей, позволяют предполагать, что принципиальных препятствий для осуществления анабиоза человека не существует.

Погружение космонавтов в анабиоз было предложено как один из способов для длительного межзвёздного или межгалактического путешествия человечества. В таком случае отпадает необходимость в корабле поколений. Нужны лишь «смотрители», контролирующие наибольшую часть замороженного населения корабля. Это позволит значительно экономить ресурсы, необходимые для поддержания жизнедеятельности экипажа и пассажиров.

С 1970-х искусственно вызванная гипотермия была использована для некоторых кардиохирургических операций, как альтернатива аппаратам «искусственное сердце — лёгкие». Однако охлаждение обеспечивало ограниченное количество времени для работы, и существовал риск повреждения тканей и головного мозга.

В настоящее время создано много научно-исследовательских проектов изучающих, как вызвать «искусственную спячку» в организме человека. Это погружение в состояние анабиоза будет также очень полезным по целому ряду причин, таких как спасение жизни тяжелобольных или травмированных людей. Состояние глубокой гипотермии поможет выиграть время при ожидании медицинской помощи.

Примеры выживания людей, находившихся длительное время в состоянии гипотермии:

1999 год. Анна Бодженхолм, шведский радиолог, пробыла в ледяном озере подо льдом в течение 40 мин в состоянии гипотермии. Её температура тела снизилась до 13,7 °C (56.7 °F). После реанимационных мер пришла в себя практически без повреждений головного мозга.
2001 год. Пауль Хинек, двухлетний ребёнок провалился в сугроб, температура тела снизилась до 64 °F (18 °C). Провел так несколько часов в состоянии гипотермии. Все функции организма восстановились полностью.
2006 год. Мицутака Утикоси, 35-летний японец, провел 24 дня без еды и воды, впав в состояние «спячки». Мужчина пропал в горах, когда его нашли, процесс обмена веществ в его организме практически остановился, пульс пропал, температура тела достигла 22 °C. Врачи предположили, что он впал в состояние гипотермии на ранней стадии. Функции его мозга восстановились на 100 %.
2015 год. Джон Смит. 14-летний мальчик провалился под лед и провел под водой 15 минут, прежде чем спасатели извлекли его из воды. Несмотря на отсутствие сердцебиения, после реанимационных мер в течение 45 минут мальчика вернули к жизни.

Реальна ли криогенная заморозка?

Доставщик пиццы по имени Фрай очнулся спустя тысячу лет. А если вы не смотрели Футураму, настоятельно рекомендую

Несмотря на то, с какой легкостью главный герой мультсериала «Футурама» оказался в 3000 году, попав в криогенную камеру, в нашем распоряжении нет технологий, которые позволяли бы так долго поддерживать жизненные функции организма. Мы знаем, что микробы могут пребывать в замороженном состоянии сотни лет. Более того, из тающей вечной мерзлоты пробуждаются не только древние микробы, но и вирусы и даже растения. Однако мы с вами, как и наши предки, не способны на нечто подобное. Все потому, что когда мы замерзаем, в наших клетках образуются кристаллы льда, которые разрушают их. Правда, существует целое направление исследований, которое дарит надежду, оно называется криогеникой. В ходе этой процедуры жидкости человеческого тела заменяют антифризом, который не оказывает на клетки тела разрушительного воздействия.

Так, ученым удалось сначала заморозить, а затем разморозить 50-миллилитров (почти четверть стакана) человеческой ткани без каких-либо повреждений. В ближайшие несколько лет мы, вероятно, увидим, как эта технология перерастает в сохранение органов для трансплантации и в конечном итоге и целых тел, а может быть и живых людей. В этом случае все научно-фантастические идеи могут превратиться в реальность.

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:

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.
Диапауза — это частичное обезвоживание организма, в котором он может пребывать не столь длительный срок, как при анабиозе.
Оцепенение. Перед наступлением данного состояния организмы накапливают жидкость, не способную замерзнуть. В среднем оцепенение может длиться год или немногим больше.
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.

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:

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.
Глубокая заморозка, в результате которой происходит спячка. Процесс обусловлен переходом воды в состояние льда и носит название криоанабиоз.
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.

Анабиоз человека

Примеры выживания людей, находившихся длительное время в состоянии гипотермии:

1999 год. Анна Бодженхолм, шведский радиолог, пробыла в ледяном озере подо льдом в течение 40 мин в состоянии гипотермии. Её температура тела снизилась до 13,7 °C (56.7 °F). После реанимационных мер пришла в себя практически без повреждений головного мозга.
2001 год. Пауль Хинек, двухлетний ребёнок провалился в сугроб, температура тела снизилась до 64 °F (18 °C). Провел так несколько часов в состоянии гипотермии. Все функции организма восстановились полностью.
2006 год. Мицутака Утикоси, 35-летний японец, провел 24 дня без еды и воды, впав в состояние «спячки». Мужчина пропал в горах, когда его нашли, процесс обмена веществ в его организме практически остановился, пульс пропал, температура тела достигла 22 °C. Врачи предположили, что он впал в состояние гипотермии на ранней стадии. Функции его мозга восстановились на 100 %.
2015 год. Джон Смит. 14-летний мальчик провалился под лед и провел под водой 15 минут, прежде чем спасатели извлекли его из воды. Несмотря на отсутствие сердцебиения, после реанимационных мер в течение 45 минут мальчика вернули к жизни.

История происхождения термина

Впервые обнаружил и описал такое явление Левенгук, и случилось это два с половиной столетия назад. В несколько случайном опыте он поместил в воду сухой песок. Спустя какое-то время под микроскопом увидел мелкие организмы в активном состоянии. После высушивания они опять визуально прекратили свое существование. Этих мелких животных Левенгук назвал коловратками – и так впервые был описан анабиоз. Что это за явление, рассказал Вильгельм Прейер. Он же дал ему название, и случилось это гораздо позже, в конце 19 века (а точнее, в 1873 году). Перевод самого термина встречается в двух вариантах. Согласно первому «ана» — «нет», а «биос» — «жизнь». Вторая часть, кстати, переводится всегда одинаково. А вот первая иногда трактуется как «вновь». Соответственно, в первом случае имеем «не жизнь», «мнимая смерть», во втором – «оживление», «возвращение к жизни».

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.

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 человека

Примеры выживания людей, находившихся длительное время в состоянии гипотермии:

1999 год. Анна Богенхольм, шведский рентгенолог, пробыла в ледяном озере подо льдом в течение 40 мин в состоянии гипотермии. Её температура тела снизилась до 13,7 °C (56.7 °F). После реанимационных мер пришла в себя практически без повреждений головного мозга.
2001 год. Пауль Хинек, двухлетний ребёнок провалился в сугроб, температура тела снизилась до 64 °F (18 °C). Провел так несколько часов в состоянии гипотермии. Все функции организма восстановились полностью.
2006 год. Мицутака Утикоси, 35-летний японец, провел 24 дня без еды и воды, впав в состояние «спячки». Мужчина пропал в горах, когда его нашли, процесс обмена веществ в его организме практически остановился, пульс пропал, температура тела достигла 22 °C. Врачи предположили, что он впал в состояние гипотермии на ранней стадии. Функции его мозга восстановились на 100 %.
2015 год. Джон Смит. 14-летний мальчик провалился под лед и провел под водой 15 минут, прежде чем спасатели извлекли его из воды. Несмотря на отсутствие сердцебиения, после реанимационных мер в течение 45 минут мальчика вернули к жизни.

Анабиоз: что это с точки зрения биологии

Все процессы, свойственные впадающему в такое состояние организму, замедлены настолько, что отсутствуют внешние признаки жизни. В этом заключается принцип анабиоза. Состояние проявляется при ухудшении окружающих условий. Наиболее ярко выражен анабиоз у бактерий, простейших, которые способны образовывать цисту, и грибов. По ареалу распространения первое место занимают пустынные создания, реагирующие таким образом на высокие температуры. Еще следует отметить, говоря про анабиоз, что это явление временное, проходящее самостоятельно, как только условия вокруг станут более благоприятными. Никаких дополнительных усилий прилагать для «оживления» не надо.

Значение слова Анабиоз по словарю Брокгауза и Ефрона:

Анабиоз — так называется в физиологии замечательное явление, состоящее в том, что некоторые низшие растения и животные, будучи заморожены или совершенно высушены в безвоздушном пространстве и таким образом, казалось бы, окончательно лишенные всякой жизни, при благоприятных условиях, под влиянием тепла, света, воздуха и влажности оживают вновь, не теряя даже способности размножаться. Чаще всего можно наблюдать А. у засушенных инфузорий и коловраток, иногда даже у замороженных лягушек и рыб. От мнимой смерти или омертвения это состояние отличается тем, что, тогда как там все-таки остается хотя незначительный признак жизнедеятельности, здесь нельзя заметить ни малейшего проявления жизни. дыхание и пищеварение прекращаются при этом совершенно, но при оживлении возобновляются и продолжаются затем совершенно правильно.

Виды анабиоза

По периодичности и условиям наступления разделяют анабиоз на вынужденный и сезонный. Первый приходит на помощь способному к нему организму, когда внезапно окружающие условия меняются настолько, что ставят под сомнение его существование. Примером могут служить все те же опыты Левенгука.

Сезонный отличается определенной периодичностью; живые существа впадают в него в неблагоприятный для них сезон и готовятся к нему заранее. Или же он свойствен определенной стадии развития. Характерный пример – цисты, семена, споры, комариные личинки.

Также можно выделить полный (истинный, или настоящий) и неполный анабиоз. Первый в природе чрезвычайно редок – слишком многие условия и факторы должны совпасть. При этом вся биохимия в «спящем» организме останавливается, но способность к восстановлению жизнедеятельности остается. Неполный анабиоз отличается сохранением части биохимических процессов в действии. Список тех, кто его использует, куда более широк.

Для чего нужен анабиоз?

В мире не так уж мало животных – как правило это млекопитающие – которые впадают в спячку на длительное время, чтобы пережить суровую зиму. Это становится возможным, так как животные замедляют сердечный ритм до нескольких ударов в минуту. В таком состоянии им не нужна вода и еда, а выживать в течение нескольких месяцев им помогают жировые запасы. Помимо медведей такой возможностью не пренебрегают грызуны и даже пара приматов, включая толстохвостого карликового лемура с Мадагаскара. Согласитесь, мы не так далеко от приматов на генеалогическом древе, так что если они смогли, возможно, получится и у нас.

На самом деле медицина уже достигла определенных успехов в этой области. Так, благодаря особой технологии – терапевтической гипотермией – которая понижает температуру тела на несколько градусов, чтобы увеличить шансы пережить сердечные приступы и инсульты. Для понижения температуры тела врачи используют и даже пытались вводить в кровь охлажденный физиологический раствор. Дело в том, что при пониженной температуре у человека замедляется обмен веществ и он впадает в бессознательное состояние. Однако задача заключается в том, чтобы пациент не умер во время процедуры, а между бессознательным состоянием и смертью очень тонкая грань. Подробнее о том, как врачам впервые в истории удалось ввести человека в состояние анабиоза, читайте в увлекательной статье моего коллеги Владимира Кузнецова.

Кто бы мог подумать, что эти удивительные приматы могут впадать в спячку?

Однако, как пишет The Atlantic, результаты были довольно удивительными: люди находились в состоянии оцепенения до 14 дней, проходя через несколько циклов. Терапевтическое использование этого состояния все еще находится в стадии исследования. В будущем это поможет узнать, полезно ли оно для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и даже прогрессирующими заболеваниями (рак). Ученые также намерены выяснить, существуют ли какие-либо побочные эффекты или осложнения после этой процедуры, но на данный момент никаких долгосрочных проблем не было обнаружено.

По этой причине несколько лет назад компания SpaceWorks Enterprises представила NASA доклад о том, как можно использовать терапевтическую гипотермию для длительных космических полетов в пределах Солнечной системы. Напомню, что согласно оценкам специалистов, путешествие на Марс займет около 6-9 месяцев. На протяжении всего этого времени будут расходовать драгоценный воздух, воду и пищу. А в состоянии анабиоза, по оценкам SpaceWorks, экипаж снизит скорость метаболизма на 50%-70%. Чем ниже скорость метаболизма, тем меньше расходуется ресурсов. Это означает, что груз, который нужно отправить на Марс, тоже будет меньше. К тому же астронавтам не нужно будет передвигаться, поэтому их можно погрузить в небольшие и уютные капсулы на все время путешествия. Прямо как в фантастических фильмах про космос.

Однако погружение астронавтов в анабиоз – не единственная и не главная проблема космических путешествий. Мы знаем, что невесомость оказывает негативное влияние на организм, приводя к потере костной массы и атрофии мышц. Чтобы избежать этого, космонавты и астронавты ежедневно занимаются физическими упражнения по несколько часов в день, так как это позволяет противостоять негативному воздействию пониженной гравитации. Еще одной, и пожалуй, главной проблемой будущих космических путешественников является космическая радиация. Ее воздействие на организм – в частности на мозг – оказывает наиболее разрушительное влияние на здоровье. Подробнее об этом читайте в одном из наших материалов, который посвящен проблемам покорения космоса. Но можно ли погрузить человека в длительный анабиоз – на годы или даже столетия?

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:

Усыпление человека.
Замена крови специальным физиологическим раствором, который не будет иметь способность замораживаться.
Тело погрузить в капсулу с жидким азотом.
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.