«Бактерии, запертые в антарктических льдах миллионы лет назад, выжили благодаря атмосферным газам, которые образовали в их клетках клатратные соединения. Возможно ли использовать этот же механизм для введения в анабиоз млекопитающих, включая человека?»
(Бессмертие под газом / Щербаков П.В., Тельпухов В.И. // Химия и жизнь ХХI век. — 2006. — №8. — С. 34-39)
Три классических пути к анабиозу
Согласно устоявшимся научным взглядам, основой для перехода в состояние анабиоза служит снижение количества биологически активной (свободной) воды в клетке. На этом принципе построены три традиционно известных вида анабиоза:
- Анабиоз в результате высыхания (дегидратация).
- Анабиоз в результате глубокого охлаждения (криоконсервация).
- Анабиоз в среде с высокой концентрацией солей (осмотическое давление).
Таким образом, классические методы либо удаляют воду из клеток (сушка, осмос), либо иммобилизуют её, превращая в лёд при заморозке. При этом считалось, что для достижения полного анабиоза — состояния полной остановки обмена веществ — необходимо полностью вывести всю свободную воду из биохимических процессов. Даже небольшое её количество в жидкой форме поддерживает процессы диссимиляции (распада веществ), что ограничивает срок сохранения жизнеспособности.
Загадка антарктического и мерзлотного долголетия
Долгое время существовал парадокс, который не укладывался в классическую теорию. В толще антарктического льда, где температуры держатся в районе –55°С...–57°С, находили жизнеспособные микроорганизмы возрастом до миллиона лет. Ещё более удивительные находки были сделаны в вечной мерзлоте тундры — бактерии, пролежавшие там 7,5 миллионов лет при более высоких (относительно Антарктиды) температурах.
Объяснить это с помощью классического «анабиоза от глубокого охлаждения» или его комбинации с высушиванием не удавалось. Микроорганизмы, попавшие в Антарктиду, сначала высыхали в стратосфере, но затем снова увлажнялись осадками, что исключало длительную работу механизма дегидратации. Требовалось новое объяснение.
Открытие четвёртого вида: клатратный анабиоз
Разгадка оказалась в существовании ещё одного, ранее неизвестного науке природного механизма иммобилизации клеточной воды. Им стало связывание свободной воды молекулами атмосферных газов с образованием так называемых клатратов (или соединений включения). Это открытие привело к идентификации четвёртого вида анабиоза — «Клатратного анабиоза».
Клатраты — это молекулярные соединения, где молекулы газа («гости») заключены в полости кристаллической решётки, образованной молекулами воды («хозяевами»). Гибкий трёхмерный каркас такой структуры может вписаться внутрь клетки, не повреждая её.
В случае антарктических микроорганизмов газы атмосферы (например, азот, кислород) при умеренно-низких температурах образуют в клетках микрокристаллы газовых гидратов. Эти микрокристаллы выступают центрами кристаллизации, запуская процесс дальнейшего замораживания остальной свободной воды. Происходит своеобразная «гибридная кристаллизация», которая приводит к полной иммобилизации воды и, как следствие, к полному анабиозу даже при температурах, считавшихся для этого недостаточно низкими.
* * * * * * * * * * * В ПРОДОЛЖЕНИЕ ТЕМЫ * * * * * * * * * * *
____________________________________________________
В природе четыре вида анабиоза: какой выбрать для человека.