Остановка жизни

Жизнь представляется обычно процессом непрерывным. Она зарождается в момент возникновения живого существа в яйце, споре или семени, проходит ряд более или менее сложных этапов развития, достигает некоторого расцвета, идет на убыль при старении и оканчивается в момент старости, когда останавливаются все жизненные процессы.

Нам известны, правда, явления угнетения жизни, когда жизнь временно замирает в организме и жизненные процессы более или менее подавляются. К таким явлениям относятся сон, нормальный и патологический (гипноз), наркоз (при действии на организм хлороформа, эфира и т. п.), наконец, зимняя спячка, известная у многих животных. Во всех этих случаях, однако, происходит не полная приостановка жизненных процессов,— прекращаются движения, значительно ослабевает и почти исчезает чувствительность, но процессы обмена веществ сохраняются, животное не перестает дышать, органы его по-прежнему снабжаются кровью, кишечник продолжает переваривать пищу. В состоянии зимней спячки все эти процессы сильно замедляются, но все же они не прекращаются совершенно.

Нам известно также явление скрытой жизни семян, спор, яиц животных. Семя — объект неподвижный, по виду мертвый, жизнь никак в нем не проявляется, но стоит поставить его в известные условия влажности и температуры, и в нем пробуждаются бурные процессы жизни. Впрочем, и в покоящемся состоянии, при обычных условиях хранения, внутри семян все же происходят, по-видимому, некоторые весьма слабые жизненные процессы или, во всяком случае, какие-то химические изменения. Поэтому семена не могут храниться вечно.

Менее выносливыми являются яйца животных, даже в тех случаях, когда они специально приспособлены к продолжительному хранению, например у дафний. Два-три десятка лет составляют пока максимум срока жизнеспособности при их хранении. Ясно, что здесь в яйцах, как и в семенах, протекают какие-то слабые процессы, изменяющие живое существо.

Но если жизненные процессы могут быть настолько подавлены и сокращены, что становятся совершенно незаметными, то нельзя ли при помощи внешних воздействий прекратить их на время совершенно? Нельзя ли прервать жизнь с тем, чтобы она затем вновь вернулась?

Еще в 1701 г. было сделано открытие, которое, казалось, дает утвердительный ответ на этот вопрос. Знаменитый голландский микроскопист-любитель Антон Левенгук рассматривал при помощи своего собственноручно изготовленного примитивного, но уже довольно хорошо увеличивавшего микроскопа песок, который он собрал в желобе крыши своего дома в Дельфте. Для этой цели он положил небольшое количество совершенно сухого песка в стеклянную трубочку с водою. Рассматривая ее под микроскопом, он заметил появление в воде каких-то крохотных «насекомых», которые быстро плавали с помощью «колес», т. е. венцов ресничек на голове.

Явление это его заинтересовало, тем более что опытами он установил, что «насекомые» берутся из сухого песка, а не из воды, и дальнейшие опыты показали, что их опять можно засушить вместе с песком, — они съеживаются и превращаются в крохотные комочки, неотличимые от песчинок. В сухом виде вместе с песком Левенгук хранил этих животных, получивших позднее название коловраток, сперва несколько недель, затем несколько месяцев и даже более года и от времени до времени оживлял их, помещая в воду. Они оживали довольно быстро и бойко плавали, как ни в чем не бывало, пока не высыхала вода. Об этом своем замечательном открытии он сообщил письмом «Лондонскому королевскому обществу», в протоколах которого оно было затем опубликовано, но, по-видимому, в те времена на него мало обратили внимания.

Лишь позднее, во второй половине XVIII столетия, эти опыты «чудесного воскрешения из мертвых» засушенных коловраток вызвали к себе интерес ученых. Около этого же времени другой знаменитый ученый, Спалланцани, профессор физики и естественной истории павийского университета, подробно исследовал это явление, проделав множество опытов и наблюдений. Он нашел что коловратки могут высыхать и оживать до одиннадцати раз подряд, что для их успешного оживания важно присутствие песка, который делает высушивание более постепенным, и что в высушенном состояния они могут переносить такие высокие температуры (54—56° Ц), при которых, находясь в воде, погибают.

Кроме того, он открыл и еще одну группу существ, которые обладают совершенно такими же способностями высыхания и оживания, как и коловратки, — это были обитающие во мху, растущем на крыше , микроскопинески малые существа, похожие на гусениц. За их медленные движения он назвал их тихоходками, и это название за ними так и осталось до настоящего времени.

Позднее оказалось, что и еще одна группа обитателей мхов и лишаев ведет себя совершенно так же, — это мелкие круглые черви нематоды. Все эти животные специально приспособлены к высыханию, совершенно так же, как к этому приспособлены мох или лишайник, в котором они обитают. Под жгучими лучами солнца и при действии сухого ветра все они высыхают, съеживаются, превращаются в легкие пылинки, переносимые ветром. Как только; однако, роса или дождь смочат мох, они разбухают, выпрямляются и оживают.

Интересно, что уже в те времена, при самом открытии явления оживания видимо мертвых животных, на сущность его установились две противоположные точки зрения. Левенгук считал, что коловратки высыхают не совершенно, так как оболочки их так плотны, что не позволяют воде испариться полностью. Потому и жизнь их не прекращается окончательно, а лишь ослабевает, а потом вновь разгорается, и они оживают. В противоположность этому Спалланцани полагал, что при высушивании жизнь на самом деле прекращается, а затем животные воскресают. Он признавал, следовательно, настоящую остановку жизни, полный перерыв ее.

Позднее, в XIX в., эти два диаметрально противоположных взгляда на оживание продолжали одновременно существовать в науке. Некоторые исследователи, впрочем, пытались отрицать и самое явление оживания, и среди них с особой настойчивостью высказывался против оживания знаменитый германский микроскопист и исследователь инфузорий Эренберг. Он доказывал, что коловратки в песке в высушенном состоянии не только питаются, но и размножаются, откладывают яйца и что их оживание зависит просто от того, что они приобрели привычку жить то с большим, то с меньшим количеством влаги.

Чрезвычайно тщательно поставленные экспериментальные исследования французских биологов Дуайера, Давэна и Гаваррэ, результаты которых были проверены и подтверждены специальной комиссией Парижского биологического общества под председательством знаменитого Брока (1860 г.), убедили ученый мир в справедливости наблюдений Левенгука и Спалланцани. Комиссия Брока высказалась за возможность полного высушивания и за совершенную остановку жизни. «В настоящее время, — говорит Брока, — имеются два учения: одно признает оживание жизненным явлением, другое — явлением, независимым от жизни, обусловливаемым исключительно материальною стороною живого существа. Первое учение находится «в полном противоречии с результатами опытов высушивания, второе, наоборот, не только им не противоречит, но даже позволяет объяснить и основной опыт высушивания и все остальные опыты».

К мнению о возможности временно прервать жизнь присоединились такие крупные ученые, как Клод Бернар, Вильгельм Прейер, позднее — Макс Ферворн. Прейер в 1873 г. для всего явления оживания предложил специальный термин — анабиоз (от греческого ava — вверх и — жизнь, — «оживание», «воскресение»), который затем и утвердился в науке. Большинство исследователей, занимавшихся постановкою опытов над анабиозом, до последнего времени (стояло, однако, на противоположной точке зрения, — им не удавалось создать таких условий, при которых остановка жизни была бы очевидна и, тем не менее, наступало бы оживание. Потому создалось убеждение, что жизнь при высыхании не полностью прекращается, что в высохших животных, не потерявших всей содержащейся в них воды целиком, некоторые, хотя бы и очень слабые, заглушенные жизненные процессы все же протекают, существует минимальная жизнь (vita minima). Конечно, новейшие исследователи не впадали в такую ошибку, как Эренберг, и не утверждали, что засушенные коловратки питаются и размножаются, но наличие в них некоторого обмена веществ, в форме хотя бы медленных двигательных процессов, можно было бы предполагать, поскольку в них имеются остатки воды и в окружающей атмосфере содержится кислород.

Чтобы доказать возможность остановки жизни, надо было лишить высушенных животных всей содержащейся в них свободной, не связанной химически, воды и прекратить дыхание. Еще комиссия Брока установила, что мох с высушенными животными может быть в течение получаса подвергнут нагреванию до точки кипения воды и, тем не менее, коловратки оживают. Такое сильное высушивание, однако, сопряжено все же с риском для жизни высушенных животных. Пишущим эти строки был поставлен в 1920 г. опыт высушивания более осторожный. Мох с высушенными на воздухе над хлористым кальцием коловратками был помещен в пробирку, в которой, кроме того, находился кусочек металлического натрия для поглощения остатков кислорода и влаги. Из этой пробирки был выкачан ртутным насосом воздух до получения вакуума с давлением в 0,2 мм, и пробирка затем была запаяна. После хранения в ней мха в течение нескольких месяцев коловратки, постепенно переведенные в воду, ожили, несмотря на столь продолжительное пребывание в вакууме без кислорода и при полной сухости.

Австрийскому ученому д-ру Г. Раму удалось поставить в 1920—22 гг. серию еще более убедительных и эффектных опытов.

Прежде всего он поставил опыт хранения мха в вакууме, вполне аналогичный моему (но без применения натрия), и с совершенно такими же результатами.

Затем он перенес свою работу в знаменитую лабораторию низких температур проф. Каммерлинг-Оннеса в Лейдене (Голландия), где была возможность воспользоваться какими угодно газами в жидком состоянии. Там он поставил опыт высушивания мха с коловратками и тихоходками в недеятельных газах. Мох помещался в трубку, которая наполнялась абсолютно сухим водородом или гелием, полученным из сжиженного газа. Затем этот газ выкачивался ртутным насосом до возможно более полного вакуума, потом вторично напускался и снова выкачивался. После трех таких манипуляций трубка запаивалась и хранилась более или менее долгое время. После вскрытия ее животные в воде оживали.

Для еще более полного высушивания Рам построил аппарат. Мох помещался в стеклянном шарике, в который этот газ поступал из сосуда с жидким водородом, причем по пути он проходил через змеевик, помещенный в жидком воздухе; благодаря охлаждению, там оседали последние остатки влаги, извлеченной из мха. Трубка присоединялась к ртутному насосу, дававшему максимальный вакуум. В качестве контрольного аппарата, чтобы следить за вакуумом, к той же трубке была присоединена электрическая лампочка. С другой стороны (справа) шарик сообщался с несколькими пробирками, в которые можно было пересыпать мох по окончании опыта. Чтобы удалить из этих пробирок адсорбированный, как бы прилипший к их стенкам воздух, они в течение опыта нагревались до 300° C электрической печью. Так же как в предыдущем опыте, водород несколько раз впускался в шарик и выкачивался. Особенностью этого опыта было, однако, еще то, что шарик нагревался до 70° C для более совершенного высушивания. Эта температура, как было установлено контрольными! опытами, не оказывает вредного влияния на высушенных животных. После такой процедуры высушивания мох при помощи наклонения трубки был пересыпан в охлажденные пробирки и запаян в них. Пробирки эти хранились и вскрывались через разные сроки, от одного до восьми месяцев. Животные, содержавшееся в них, оживали.

Наконец, кроме высушивания, Рам подвергал животных и чрезвычайно низким температурам, а именно от —269° до —272,8° C, иначе говоря, температуре, лишь на 0,2° C превышающую абсолютный нуль (—273° C), т. е. минимальную теоретически возможную температуру. Во всех этих случаях результат был один и тот же: после осторожного и постепенного оттаивания высушенные животные оживали по перенесении в воду.

Что же говорят нам эти опыты Рама? Высушивание животных абсолютно сухими, не поддерживающими дыхания и легко проникающими через оболочки газами (водород, гелий), при выкачивании до полного вакуума и еще некотором подогревании, конечно, должно удалить из организма всю свободную воду. Вряд ли при этих условиях может сохраниться и адсорбированная вода. При полном отсутствии кислорода и воды трудно себе представить, чтобы могли совершаться какие-либо процессы дыхания, — весь газообмен организма должен остановиться. Но, если в этом случае все же можно еще говорить о каких-то анаэробных (т., е. происходящих без присутствия воздуха) или внутримолекулярных процессах обмена веществ, возможных в организме, то при применении низких температур, близких к абсолютному кулю, уже ни о каких обменных процессах речи быть не может. Ведь в данных условиях, при температуре жидкого гелия, вообще невозможны никакие химические реакции, и тем менее, конечно, возможны реакции столь тонкие, как совершающиеся в организме, — они требуют участия воды, коллоидов, газов, солей, энзимов, требуют большой подвижности химических частиц. В условиях близости к абсолютному нулю все химические молекулы утрачивают свою подвижность. Не только все жидкости, но и газы переходят в твердое состояние, коллоиды и вообще все соединения, содержащие хотя бы химически связанную воду, становятся твердыми, как камень. Тело высушенной коловратки в этих условиях вряд ли сильно отличается по своей химической активности от зернышка кварца.

Таким образом, мы должны признать, что в условиях этих экспериментов высушенные обитатели мхов совершенно утрачивали все, даже малейшие, проявления жизненных процессов. Какая жизнь возможна в куске твердого камня? И если затем, после оттаивания и прибавления воды, жизнь в них возвращалась, то это означает прежде всего, что о с т,а но в ка жизни возможна, жизнь может быть прервана, — она не всегда является процессом непрерывным.

Разбираясь в причинах этого явления, мы видим, что возможность возвращения жизни в организм, лишенный воды и подвергшийся притом действию предельно низких температур, мыслима лишь в том случае, если все эти губительные воздействия не разрушают живого вещества, не производят в нем таких изменений, которые были бы, как говорят химики, необратимыми. Действительно, если мы будем высушивать студенистую кремнекислоту — неорганическое вещество, представляющее собою такой же коллоидальный раствор, как большинство составных частей живого организма, мы увидим, что ее можно высушить до известного предела так, что она будет только густеть, но не будет изменяться. Стоит к ней опять прибавить воды, и она снова превратится в жидкий студень. Если, однако, перейти этот предел, студень сделается твердым, непрозрачным, и уже никакое прибавление воды не сможет вернуть его в прежнее состояние, — кремнекислота от чрезмерного высушивания претерпела необратимые изменения. То же самое происходит и с живым существом.

Исследования, произведенные за последние 10—15 лет, показали, что многих животных можно подвергнуть очень сильному высушиванию. Так, высушивая дождевых червей, можно извлечь из них, по моим опытам и опытам Хэлла, около 3/8 всей содержащейся в них воды.

Японские пиявки, водящиеся на черепахах, которые выползают на берег и долго греются на солнце, могут пересыхать до того, что утрачивают 80% своего веса.

Молодых лягушек и жабят мне удавалось высушивать до потери половины всей содержащейся в теле воды. Проф. Б. Д. Морозов высушивал различные органы и ткани животных до потери 1/4, 1/2 или даже 3/4 воды, и они не утрачивали своей жизнеспособности. Во всех этих случаях высушивание возможно лишь до определенного предела, — за ним наступают необратимые изменения живого вещества и гибель.

У обитателей мхов, лишайников эта способность высыхания доведена до крайних пределов. Путем продолжительной эволюции она выработалась у них как приспособление к их повседневной жизни. Их местообитание периодически подвергается то сильному высушиванию под жгучими лучами солнца, то смачиванию дождем, росою или туманом. Если он они не обладали способностью высыхать, их гибель была бы неизбежна. И вот живые коллоиды их тела приобрели свойство свободно отдавать всю содержащуюся в них воду, не претерпевая таких необратимых изменений, которые ставили бы их жизнь в опасность. В естественных условиях, правда, это высыхание их никогда не бывает полным, но в условиях эксперимента, очевидно, оно может быть доведено до потери всей свободной воды. При отсутствии воды оказываются неопасными и низкие температуры, близкие к абсолютному нулю.

Мы имеем здесь, следовательно, один из самых замечательных случаев приспособления к внешней среде, приспособления, сказывающегося не в выработке каких-либо органов или особенностей формы, а в изменении всей структуры живого вещества, в приобретении последним совершенно необычайных способностей.

Является ли этот случай единственным в своем роде? Вовсе нет. Нам стоит вспомнить лишь те широко распространенные в растительном и животном царстве случаи скрытой жизни, о которых мы говорили уже выше. Ведь и там в семенах и цистах животных происходит такое же приспособление живого вещества к высыханию и к продолжительному пребыванию в высохшем состоянии.

И если в естественных условиях семена и споры не являются абсолютно сухими и содержат всегда несколько процентов воды, то, надо думать, именно это обстоятельство вызывает в них те медленные, слабо выраженные процессы обмена веществ, которые в конце-концов влекут за собою ослабление и исчезание жизнеспособности семян. Относительно семян и спор в науке до недавнего времени господствовала также теория «минимальной жизни». Предполагалось, что жизнь в них не прекращается, а лишь сводится к самым минимальным проявлениям газообмена и к связанным с ними процессам обмена веществ. Опыты Беккереля над семенами и Макфэдейна над спорами микроорганизмов показали, что и здесь в условиях эксперимента полная остановка жизни возможна — возможен перерыв жизни.

Беккерель подвергал семена различных растений искусственному высушиванию в вакууме при нагревании до 40° C, выдерживал их в вакууме 4 месяца и затем помещал на 10 часов в жидкий гелий, дававший температуру — 269° C. При проращивании таких семян обнаружилось, что они прорастают даже лучше, чем контрольные, хранившиеся в естественных условиях, — так семена клевера проросли все, тогда как из контрольных проросло лишь 90%.

Аналогичные опыты были проведены Беккерелем над спорами папоротников и мхов и Макфэдейном над спорами различных бактерий и кокков; во всех этих случаях энергичное высушивание в вакууме и температуры, близкие к нулю, останавливали все жизненные процессы, делали немыслимыми проявления хотя бы самых пониженных обменных реакций в течение часов и дней. Тем не менее, по устранении этих задерживающих условий жизнь возвращалась в организм и вступала в свои права.

Беккерель справедливо говорит, что в условиях этих опытов протоплазма становится тверже гранита и хотя не теряет своей коллоидальной природы, но утрачивает то состояние, которое необходимо для ассимиляции и диссимиляции. Если клетка лишена воды и тазов, которые перешли в твердое состояние, если ее ферменты высушены и протоплазма перестала находиться в состоянии коллоидального раствора, ясно, что в этом случае вряд ли можно говорить о «замедлении жизни». Жизнь без воды, без воздуха, без коллоидальных частиц, подвешенных в жидкой среде, является невозможной, — при этих частных условиях удалось достигнуть настоящей «скрытой жизни» в смысле Клода Бернара, т. е. полного прекращения жизни.

Итак, остановка жизни, перерыв жизненного процесса в известных условиях являются возможными.

П. Ю. Шмидт

Похожие публикации

Рождение молекулярной биологии

«Сверхинтеллектуальные» животные?

Как гравитация влияет на эволюцию жизни и развитие живых индивидуумов