Веселин Денков - На грани жизни

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.