- Перевод
Путешествие в глубокий космос
Мы написали несколько статей на Universe Today о том, насколько сложно будет путешествовать к другим звёздам. Отправка крошечных беспилотных зондов через огромные расстояния между звёздами по-прежнему является научной фантастикой. Но послать людей в такое путешествие? Это вообще непостижимый уровень технологии.Например, ближайшей звездой является Проксима Центавра, расположенная всего в 4,25 световых годах от нас. Для сравнения, космическому кораблю «Вояджер», самому отдалённому объекту, когда-либо построенному людьми, понадобилось бы около 50 000 лет, чтобы совершить это путешествие.
Не знаю, как вы, но я не ожидаю, что буду жить 50 000 лет. Нет, мы, конечно, хотим путешествовать быстрее. Но проблема в том, что ускорение требует много энергии, новых принципов движения, о которых мы пока лишь мечтаем. Более того, если вы полетите слишком быстро, простая пылинка, проплывающая сквозь пространство, станет невероятно опасной.
Основываясь на наших современных технологиях, более вероятно, что нам не придётся спешить во время полёта к другой звезде.
Поверхность планеты Проксима b, вращающейся вокруг красной карликовой звезды Проксима Центавра в представлении художника. Двойная звезда Альфа Центавра AB видна в правом верхнем углу самой Проксимы. Источник изображения: ESO
И если вы собираетесь лететь медленно, у вас есть несколько вариантов. Создать корабль поколений, в котором бы рождались целые поколения людей, проживали жизни, а затем умирали во время сотен или даже тысяч лет полёта к другой звезде.
Представьте, что вы один из таких людей, которым суждено жить и умереть, никогда не увидев конечной цели. Особенно, когда вы смотрите в окно и видите проносящийся мимо корабль с варп-двигателем и счастливыми туристами, направляющимися к Проксиме Центавра. Они дождались приводов для варпа.
Нет, вы бы хотели спать во время полёта к ближайшей звезде, так что, когда вы доберётесь туда, для вас словно не пройдёт времени. И даже если варп-двигатель придумают во время вашего сна, вам не пришлось было видеть самодовольные лица туристов, проносящихся мимо.
Возможен ли анабиоз человека? Можем ли мы растянуть его на долгий срок, чтобы пережить дальний полёт и проснуться снова?
Прежде чем я начну, предположим, что мы никогда не сольёмся с нашими роботами, не загрузим себя в сингулярность и не полетим через пространство в кибернетических телах не зная печали.
По какой-то причине вся эта сингулярность не сработала, или роботы объявили забастовку и больше не захотели заниматься нашей космической разведкой. Итак, работа по освоению космоса вернулась к нам, хрупким, живущим всего 80 лет млекопитающим. Именно нам предстоит изучение Солнечной системы и других звёзд, экспансия человечества в космосе.
Космонавты, изучающие поверхность Марса в представлении художника. Источник изображения: NASA / JSC / Pat Rawlings, SAIC
Ну ладно, мы знаем, что это будут роботы. Но научная фантастика говорит нам совсем другое, поэтому давайте нырнём в неё.
Мы знаем животных, включая млекопитающих, регулярно впадающих в спячку в природе. Чтобы выжить в суровые зимы, они замедляют сердечный ритм до нескольких ударов в минуту. Им не нужно ни есть, ни пить, они живут на запасах жира в течение нескольких месяцев, пока еда не вернётся.
Не только медведи и грызуны впадают в спячку, между прочим есть и пара приматов, включая толстохвостого карликового лемура с Мадагаскара. На генеалогическом древе они находятся не очень далеко от нас, так что есть надежда и на анабиоз человека.
На самом деле, медицина уже занялась человеческим анабиозом чтобы улучшить шансы на выживание после сердечных приступов и инсультов. Современное состояние этой технологии очень многообещающее.
Терапевтическая гипотермия
Учёные используют метод, называемый терапевтической гипотермией, который снижает температуру тела человека на несколько градусов. Они используют пакеты со льдом или холодильники и даже пытаются ввести охлаждённый физраствор в систему кровообращения. При пониженной температуре обмен веществ у человека замедляется, и он оказывается в бессознательном состоянии в оцепенении.Но фокус заключается в том, чтобы не сделать его настолько бессознательным, что человек умрёт. Это тонкая грань.
Результаты были ошеломляющими. Люди оставались в состоянии оцепенения до 14 дней, пройдя несколько циклов.
Терапевтическое использование оцепенения все ещё находится в стадии исследования, и врачи изучают, будет ли оно полезно людям с сердечными приступами, инсультами или даже прогрессированием таких заболеваний, как рак. Они также пытаются выяснить, есть ли какие-либо проблемы, но пока не нашли никаких долгосрочных осложнений при помещении человека в оцепенение.
Пару лет назад SpaceWorks Enterprises представила NASA отчёт о том, как они могут использовать эту терапевтическую гипотермию для длительных космических перелётов в Солнечной системе.
В настоящее время полёт на Марс занимает около 6-9 месяцев. И за это время люди будут тратить драгоценный воздух, воду и пищу. Но в состоянии оцепенения, по оценке SpaceWorks, экипаж сократит свой метаболизм на 50 – 70%. Меньше обмен веществ – меньше ресурсов. И меньше груза, который нужно отправить на Марс.
Космонавтам не нужно передвигаться, так что вы могли бы держать их мило спящими в уютных маленьких капсулах. И они не передрались бы внезапно друг с другом после 6-9 месяцев перелёта.
Мы знаем, что невесомость отрицательно влияет на организм, она проявляется в потере костной массы и атрофии мышц. Обычно астронавты ежедневно тренируются целыми часами, чтобы противодействовать негативным последствиям пониженной силы тяжести. Но SpaceWorks считает, что было бы более эффективно погрузить космонавтов во вращающийся модуль и позволить искусственной гравитации выполнять работу по поддержанию нормального состояния их мышц.
Они предлагают модуль высотой 4 метра и шириной 8 метров. Если вы вращаете его с 20 оборотами в минуту, вы получаете эквивалент земной гравитации. На 11,8 об / мин она похожа на гравитацию Марса. На 7,8 об / мин – на лунную гравитацию.
Обычно быстрое вращение в маленькой капсуле крайне неудобно, так как люди будут испытывать различные силы в разных частях своих тел. Но помните, что экипаж будет в состоянии оцепенения, поэтому им будет всё равно.
Источник изображения: SpaceWork Enterprises, Inc
Текущие планы по отправке колонистов на Марс потребуют 40 тонн продовольствия для 6 человек. Но, согласно SpaceWorks, вы можете уменьшить вес до 15 тонн, если просто погрузите их в сон. И экономия будет ещё больше с большим количеством космонавтов.
Экипаж, вероятно, не будет спать всю дорогу. Вместо этого они будут спать циклами в течение нескольких недель. По очереди, чтобы проснуться, проверить состояние космического корабля и экипажа и вернуться в свои капсулы.
Каково сейчас состояние исследований? NASA финансировало фазу 1 предложения SpaceWorks, а в июле 2016 года NASA занялось фазой 2, в которой будет дополнительно исследовать этот метод для миссий на Марс, и как его можно использовать ещё дальше в Солнечной системе.
Илон Маск должен быть заинтересован в их проекте модуля на 100 человек для отправки колонистов на Марс.
Источник изображения: SpaceWork Enterprises, Inc
Кроме того, Европейское Космическое Агентство также изучает анабиоз человека и возможный способ обеспечения дальнего космического полёта. У них есть планы протестировать технологию на различных не впадающих в спячку млекопитающих, таких как свиньи. Если их результаты будут положительными, мы увидим, как европейцы продвинут эту технологию вперёд.
Прямо сейчас, ответ – нет. У нас нет какой-либо технологии в нашем распоряжении, которая могла бы это сделать. Мы знаем, что микробы могут быть заморожены в течение сотен лет. Сейчас в части Сибири, оттаявшей после веков вечной мерзлоты, пробуждаются древние микробы, вирусы, растения и даже животные. Но ничего, близкого к человеку.
Когда людей замораживают, в их клетках образуются кристаллы льда, разрывающие их. Существует направление исследований, дающее некоторую надежду: крионика. Замена жидкости организма человека антифризом, который не образует разрушающие кристаллы.
Учёные успешно заморозили, а затем разморозили 50 миллилитров (почти четверть чашки) ткани без какого-либо ущерба.
В ближайшие несколько лет мы, вероятно, увидим, как технология будет улучшена для сохранения трансплантируемых органов, целых тел и, возможно, даже людей. Тогда эта идея из научной фантастики, возможно, станет реальностью. И мы, наконец, сможем спать в пути между звёздами.
АНАБИОЗ [гр. anabiosis оживление] - временное состояние, наблюдающееся у некоторых растительных и животных организмов как приспособление к неблагоприятным условиям среды (температурным, отсутстпнго влаги и т. д.). А. характеризуется обратимым значительным снижением обмена веществ и отсутствием внешних (видимых) проявлений жизни.[ ...]
Анабиоз- резкое ослабление обменных процессов в организме, позволяющее ему пережить неблагоприятный период жизни.[ ...]
АНАБИОЗ [гр. anabiosis - оживление] - временное состояние организма, при котором резко снижается обмен веществ и отсутствуют видимые проявления жизни; наблюдается гл. обр. у беспозвоночных как приспособление к неблагоприятным условиям среды обитания.[ ...]
Анабиоз (от греч. - оживление) - способность организмов переживать неблагоприятное время (изменение температуры окружающей среды, отсутствие влаги и др.) в состоянии, при котором резко снижается обмен веществ и отсутствуют видимые проявления жизни. При наступлении благоприятных условий организм оживает. Явление анабиоза впервые было обнаружено А. Левенгуком (1701). С анабиозом много общего имеет зимняя (при замерзании) и летняя (при обезвоживании) спячка животных. Однако для анабиоза характерно более глубокое подавление жизнедеятельности организма. Типичным примером является скрытая жизнь семян многих растений, сохраняющих всхожесть порой десятки лет. Анабиоз наблюдается у бактерий, беспозвоночных, земноводных, пресмыкающихся и др. Так, некоторые организмы (коловратки, нематоды, тихоходки) способны выносить высыхание вплоть до полной потери влаги. При этом совершенно прекращается обмен веществ и организмы впадают в состояние полного анабиоза. Однако, они способны восстановить активную жизнедеятельность при условии увлажнения и при соответствующей температуре окружающей среды. В состоянии анабиоза некоторые виды бактерий, не теряя своей жизнеспособности, могут выносить охлаждение до -250°С. Явление перехода в недеятельное или малоподвижное состояние известно и у многих вышестоящих по уровню организации животных (высших червей, моллюсков, насекомых и даже у позвоночных, в том числе млекопитающих).[ ...]
Анабиоз (ана - нет, биоз - жизнь) - резкое снижение обмена веществ, сопровождающееся практически полным обезвоживанием организма. Способ выживания некоторых организмов в экстремальных экологических условиях. Состояние организмов, близкое к анабиозу, называют скрытой жизнью (зимний покой растений, спячка позвоноч-ных и яр.;.[ ...]
Анабиоз - временная остановка жизненных процессов в спермиях вследствие недеятельного состояния ферментов при низкой температуре или при кислой реакции.[ ...]
Анабиоз временная полная приостановка жизнедеятельности организма, связанная с наступлением неблагоприятных условий или с особой фазой индивидуального развития.[ ...]
Анабиоз - временное состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедленны, что почти полностью отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз способствует выживанию организмов в резко неблагоприятных условиях жизни. При наступлении благоприятных условий организмы возвращаются в нормальное состояние. Распространен у бактерий, грибов, простейших, коловраток, тихоходок.[ ...]
С анабиозом очень много общего имеет зимняя (при замерзании) и летняя (при обезвоживании) спячка животных. Однако для анабиоза характерно более глубокое подавление жизнедеятельности организмов. Явление анабиоза впервые было обнаружено и описано А.Левенгуком в 1701 г. Спячка зимняя (гибернация) - это состояние, подобное сну, в которое впадают млекопитающие к началу зимы в основном умеренных и высоких широт. Все жизненные процессы в этом состоянии сведены к минимуму. Так, зимняя спячка у млекопитающих (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.) длится с осени до весны (6-8 месяцев). Спячка летняя (эстивация) - неактивное состояние, подобное сну (летний покой) некоторых животных (грызунов) в аридных районах, помогающее им пережить сухой и жаркий сезон года.[ ...]
Грезе В. Н. Анабиоз зообентоса Таймырского озера и его продуктивность // Зоол. журн. 1947. Т. 26. № 1. С. 3-8.[ ...]
Шмидт ГГ. Ю. Анабиоз, Явление оживания.[ ...]
Калабухов Н. И. Анабиоз у насекомых и позвоночных при температурах ниже нуля. «ДАН СССР», № 7, 1934.[ ...]
Лозина-Лозинский Л. К. Анабиоз и жизнеспособность насекомых при глубоком охлаждении (около -190°). Вопр. эколог., т. VII, «Высшая школа».[ ...]
От оцепенения следует отличать анабиоз (от греч. ana - вновь, bios - жизнь, anabiosis - оживление), который представляет собой явление, заключающееся в том, что у организмов под влиянием разных причин может резко снижаться уровень обмена веществ вплоть до отсутствия видимых признаков жизни. Например, у растений высушенные семена сохраняют всхожесть в течение многих лет. Инцистирование инфузорий позволяет сохраняться им живыми до 6 лет, а яйца Diaptomus sanguires сохраняются свыше 300 лет.[ ...]
Бахметьев П. Итоги моих исследований об анабиозе насекомых и план его исследований у теплокровных животных, Изв. АН, т. XVII, № 4, 1902.[ ...]
Лозина-Лоз и некий Л. К. Жизнеспособность и анабиоз при низких температурах у животных.[ ...]
Л о з и н а - Л о з и н с к и й Л. К- Холодостойкость и анабиоз у гусениц кукурузного мотылька.[ ...]
Таким образом, при холодильном хранении принцип анабиоза выражен в чистом виде - он относится как к сырью, так и к микроорганизмам. Этот метод дает возможность сохранить сырье при минимальном изменении его натуральных свойств в течение многих суток и даже недель, т. е. гораздо дольше, чем принцип биоза.[ ...]
В половых путях самца спермии находятся в легком анабиозе под влия-нпем молочной и других кислот, выделяемых стенками придатка семенника. Среда, окружающая спермии, содержит в растворе неэлектролиты и очень небольшое количество солей. Необходимая для гликолиза активных спермиев фруктоза отсутствует, и спермии находятся в спокойном состоянии.[ ...]
К сожалению, этот важнейший вопрос сейчас остается в стадии анабиоза; начатая проверка работ Брюера в нашей лаборатории три года тому назад не могла до сих пор быть закончена 105.[ ...]
В продолжение всей жизни растения (за исключением периода зимнего анабиоза) между его корневой системой и почвой происходит обмен веществ, интенсивность которого тесно связана с течением физиологическах процессов в организме. Наиболее легко поддается исследованию дыхание корней, о котором можно судить как по поглощению кислорода, так и по выделению углекислого газа.[ ...]
У животных в зимний период понижается обмен, двигательная активность, температура тела (спячка, зимний сон, анабиоз); в весенне-летний период - повышается активность физиологических процессов.[ ...]
При температуре 6 °С черви перестают питаться, при 4 °С освобождают пищеварительный тракт и впадают в состояние анабиоза. С наступлением морозов они замерзаЛт, но это не опасно. С наступлением весны черви приобретают активность и нуждаются в пище, поэтому субстрат для них должен быть подготовлен с осени. Культивируемые черви очень зависимы от человека и при отсутствии корма тихо погибают.[ ...]
Живую рыбу можно перевозить во влажной атмосфере без воды. Такая перевозка основана на попытке довести живую рыбу до анабиоза. Некоторые виды рыб, представляющие интерес для прудового рыбоводства (карп, линь, карась), очень живучи и выдерживают без воды довольно значительное время. Этому способствует кожное дыхание, величина которого зависит от возраста и вида рыб. Наиболее длительное выживание (до 100 ч) карпов-сеголетков во влажной атмосфере отмечено при 4° С, тогда как при 1°С они жили 28 ч и при 15° С - 33 ч. Если сеголетки карпа при 4° С выдерживали без воды 100 ч, то двухлетки - максимум 36 ч. Имеет значение и сезон года. Карпы-двухлетки в период с декабря по нюнь живут без воды 28-34 ч, а сентябре - октябре - не более 8 ч, что, по-видимому, связано с перестройкой обмена веществ на зимний период.[ ...]
Температурная зона, лежащая между критической температурной точкой и температурной точкой гибели насекомого, была названа зоной анабиоза. Состояние анабиоза характеризуется замедлением обмена веществ, однако не полным его прекращением, как полагали Бахметьев и некоторые другие авторы.[ ...]
При неблагоприятных условиях простейшие и некоторые другие организмы, например коловратки, впадают в состояние длительного покоя - анабиоза. Тогда они принимают округлую форму, покрываясь плотной оболочкой- инцистируются (рис. 53, г); в таком состоянии они могут существовать очень долго. При очистке сточных вод это свойство очень важно, так как позволяет при нарушении эксплуатации очистных сооружений сохранить жизнь ряду организмов активного ила. При восстановлении обычных условий обитания организмы из инцистированного переходят в активное состояние, и в иле начинают появляться его обычные обитатели.[ ...]
К низким температурам бактерии мало чувствительны, под их воздействием замедляются процессы жизнедеятельности и они впадают в состояние анабиоза; особенно большой устойчивостью обладают споры бактерий и плесневых грибов.[ ...]
Под микроскопом ил приобретает вид мертвых комочков темно-бурого цвета, в жидкости нарастает количество единичных особей и нитчатых форм бактерий, увеличивается число червей, появляются плесневые грибы. Ил плохо оседает, жидкость над ним остается мутной.[ ...]
Пассивный путь - подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных и т.д.).[ ...]
Секреты придаточных половых желез имеют слабощелочную реакцию, входят в состав спермы и при ее выделении активизируют движение спермиев, выводя их из состояния анабиоза.[ ...]
Первым и наиболее древним способом устранения от вредоносных влияний среды, возникшим еще при переходе живых существ от водного к наземному образу жизни, является анабиоз, свойственный беспозвоночным животным, а также некоторым рыбам, амфибиям и рептилиям. Анабиоз - такое состояние организма, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что признаки жизни видимо не проявляются. Анабиоз возникает под влиянием как низких температур, так и высоких, сопровождающихся большим недостатком воды. Иначе говоря, в первом случае это обратимое замерзание, а во втором - обратимое высыхание. При возвращении условий среды к совместимым с существованием происходит и восстановление активной жизни организма. Так, при таянии речного льда оживают вмерзшие в него простейшие, например инфузории, насекомые, паукообразные и низшие ракообразные. При увеличении влажности возрождаются находившиеся в состоянии теплового анабиоза яйца и куколки насекомых, а также некоторые другие беспозвоночные низшие организмы.[ ...]
Таким образом, когда поверхность древесины достигнет значения, близкого к влажности воздушно-сухой древесины, грибки, вызывающие нагревание древесины, впадают в состояние анабиоза, в котором и находятся до тех пор, пока влажность древесины не увеличится до величины, благоприятной для их жизнедеятельности.[ ...]
Попыток хранения половых клеток с использованием различных методов было предпринято множество, например: хранение при положительных температурах на питательных средах; кислотный анабиоз; лиофилизация; гипотермия; низкотемпературная консервация.[ ...]
Специфичность действия перекиси водорода на микробные клетка в водопроводной воде проявляется в следующем: под влиянием 3 мг/л перекиси водорода на протяжении воего опыта (2 ч) клетки оотаютоя без изменения - как бы в состоянии анабиоза. Их отруктура однородная, оптически плотная, оболочка четко контурируется при фазово-контрастном наблюдении, клетки в виде коротких палочек (рио.5, см.вклейку между стр.16-17).[ ...]
Лиофилизация широко используется при хранении микроорганизмов. Однако из-за геометрических характеристик спермиев и вследствие их более высокой чувствительноети к действию экстремальных факторов в рыбоводстве этот метод также не применяется. Методы хранения спермы при положительных температурах и в условиях кислотного анабиоза не применяются в рыбоводстве из-за катаболического типа обмена веществ у рыб, отсутствия у сперматозоидов способности к репарации и ограниченного запаса энергии.[ ...]
Наблюдение за составом активного ила и ходом деструктивного окисления загрязнений сточных вод ведут, учитывая количество и состояние индикаторных микроорганизмов. К ним относятся инфузории - Cyliata, Paramecium, Lacrimaría, Stentor, Stylonichia, Euplofes patella, Aspidisca costata, Opercu-laria, Vorticella и др. В иле встречаются амебы, солнечники и коловратки Philodina roséola, Notommata ansata и др. При неблагоприятных условиях простейшие и коловратки впадают в состояние анабиоза и инцистиру-готся.[ ...]
Растительные организмы, находящиеся в условиях загрязнения атмосферы обладают индивидуальной устойчивостью к токсикантам.[ ...]
Так, древесные и кустарниковые породы Якутии не вымерзают при -70°С, в Антарктиде при такой же температуре обитают лишайники, отдельные виды водорослей, ногохвостки, пингвины. В лабораторных экспериментах семена, споры и пыльца растений, коловратки, нематоды, цисты простейших после обезвоживания переносят температуры, близкие к абсолютному нулю, до -271,16°С, возвращаясь после этого к активной жизни. Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом. Из состояния анабиоза живые организмы возвращаются к нормальной жизни при условии, если не была нарушена структура макромолекул в их клетках.[ ...]
Противники Пастера (например, Т р е-к ю л ь) возражали против утверждения о существовании бактерий, для которых кислород воздуха может быть смертельным, и приводили в пример споры анаэробов, способные длительное время сохраняться на воздухе. На это Пастер отвечал, что споры не являются настоящими живыми существами, так как они не питаются и не размножаются. Последующее развитие науки подтвердило положения Пастера. Так, было показано, что спорам бактерий свойствен крайне выраженный анабиоз и обмен веществ у них находится на таком низком уровне, что его даже не удается измерить с необходимой точностью. В связи с этим споры не чувствительны ко многим повреждающим факторам, а споры анаэробов могут, кроме того (в отличие от вегетативных клеток), легко сохраняться на воздухе.[ ...]
Другое их название - пойкилобионты (от грен. роНа1оз - изменчивый, меняющийся), т.е. организмы, пассивно изменяющие свое состояние, свои функции, поддаваясь изменениям в среде. К ним относятся растения и животные, пассивно переносящие охлаждение, замерзание, высыхание, голод, дефицит кислорода и т.п. Крайние проявления такой способности, наблюдаемые вблизи границ или даже за пределами биоинтервала, связаны со специальными приспособлениями: с гипобиозом - глубоким замедлением жизнедеятельности, состоянием спячки у животных, и анабиозом - полным, но обратимым замиранием всех жизненных процессов, как это имеет место у спор, семян и многих низших животных. Переход в это крайнее состояние уже исключает дальнейшее подчинение среде (пассивная устойчивость) и чрезвычайно расширяет возможность выживания в самых неблагоприятных условиях. Большинство организмов биосферы относятся к пойкилобионтам.[ ...]
Необходимо иметь в виду, что при замораживании плоды и овощи как живые организмы погибают вследствие главным образом давления ледяных кристаллов на нежную и уязвимую к механическим воздействиям цитоплазменную мембрану, являющуюся носителем жизни растительных клеток. Что касается микроорганизмов, то они очень устойчивы к низким температурам, и хотя некоторая часть их погибает при замораживании, но большая часть переходит в споровое состояние, и в таком виде, не питаясь и не размножаясь, в состоянии между жизнью и смертью может сохраняться десятки, сотни и даже тысячи лет. Таким образом, при замораживании принцип анабиоза относится только к микроорганизмам, растительное же сырье сохраняется по принципу отсутствия жизни, абиоза.[ ...]
Последние данные науки существенно расширяют наши представления о границах биосферы. Обнаружено, что споры бактерий и мицелий некоторых грибов не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума (10 мм рт. ст.). Бактерии обнаружены в водах атомных реакторов, часть из них выдерживает облучение порядка 2-3 млн рад. При температурах жидкого воздуха, гелия, водорода ряд бактерий остаются живыми. Даже отдельные высшие растения и насекомые переносят температуру, приближающуюся к абсолютному нулю (-273,16°С). Живые бактерии, способные к размножению, обнаружены в нефтяных водах на глубине 2800 м, на дне океанов (11 км), в рассолах с концентрацией 250 г/л, при давлениях, равных 1000 атмосфер, после 5 суток кипячения, 150-250 лет анабиоза (Ковда). Тем не менее обычно считают, что биосфера как область жизни охватывает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижние слои стратосферы до 25 км в высоту. Повседневно реальные границы распространения живого являются более узкими.[ ...]
При изготовлении маринадов подготовленные плоды или овощи заливают раствором уксусной кислоты, содержащим сахар и соль (бывают маринады и на основе молочной кислоты). Основным консервирующим началом при этом является уксусная кислота, содержание которой в различных маринадах колеблется от 0,6 до 1,2 %. Эш небольшие концентрации уксусной кислоты не могут полностью воспрепятствовать развитию плесеней, уксуснокислых бактерий и других микроорганизмов, поэтому маринование само по себе не может сохранить продукт надолго. Для увеличения срока хранения маринованные продукты фасуют в герметически укупориваемую тару и пастеризуют (или хранят при пониженной температуре). При этом изменяется сам принцип консервирования, который в таком случае сводится уже не к анабиозу микробов, вызванному действием кислоты, а к биозу - уничтожению микробов с помощью высокой температуры.
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.
Анабиоз (лат. anabiosis -- оживление, от др.-греч. бнб- -- «вновь» и вйпт -- «жизнь») - cостояние живого 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 благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии, грибы, простейшие (образующие цисту). У многоклеточных организмов угнетение жизнедеятельности и ее почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития -- семена, споры.
В природе анабиоз не является патентом только животных организмов. Он широко представлен и среди микроорганизмов из царства Protozoa, к которым относятся все виды бактерий и синезеленых водорослей. Анабиоз представлен и в мире растений (низших и высших). У многих микроорганизмов и видов растений природа в своем длительном эволюционном процессе развития создала прекрасное приспособление для впадения в состояние покоя или анабиоза при неблагоприятных условиях. В этом состоянии они могут переживать в течение длительного времени (для некоторых видов бактерий даже миллионы лет!) и при создании нормальных условий восстанавливать свою жизнедеятельность.
Однако, анабиоз - достаточно редкое явление. Он возможен далеко не для всех видов и является крайним состоянием покоя в живой природе. Его необходимое условие - сохранение неповрежденными тонких внутриклеточных структур (органелл и мембран) при высушивании или глубоком охлаждении организмов. Это условие невыполнимо для большинства видов, имеющих сложную организацию клеток, тканей и органов. Таким образом, способность к анабиозу - всеобщее и первичное свойство жизнеспособных тел, не реализуемое только у высших организмов вследствие усложнения их строения и формирования у них других приспособлений к воздействию неблагоприятных факторов среды. Анабиоз существенно отличается от спячки тем, что характеризуется полной приостановкой жизнедеятельности, в то время как во время спячки процессы жизнедеятельности лишь замедляются. Отличие состояния анабиоза от смерти в том, что в последнем случае структуры клетки разрушаются и не могут возобновить свое функционирование.
Способность к анабиозу обнаруживается у видов, имеющих простое или упрощенное строение и обитающих в условиях резкого колебания влажности (пересыхающие мелкие водоемы, верхние слои почвы, подушки мхов и лишайников и т. п.).
Анабиоз может быть «вынужденным» (анабиоз мхов и лишайников в жаркое время суток) и «сезонным» (анабиоз спор микроорганизмов, семян высших растений). В основе анабиоза всегда лежит процесс уменьшения содержания в клетках биологически активной свободной воды в результате: высыхания организма; глубокого охлаждения организма (биологически активная свободная вода переходит в формы, подобные льду); помещения в среду с высокой концентрацией солей (вода выходит из клетки в окружающую среду). При этом если в среднем содержание воды составляет порядка 75-85% массы организма, то в состоянии анабиоза оно снижается до 6-9%. Например, при созревании зерновки пшеницы содержание воды падает от 70-75% до 15-20%, влажность зеленого мха кукушкина льна в сухие дни понижается до 9%.
По мнению П. Ю. Шмидта, в своей основе явление анабиоза охватывает два основных состояния:
- 1) анабиоз при высушивании -- непосредственное высыхание живых организмов. Тесно связан с этим явлением и осмотический анабиоз -- этот своеобразный процесс обезвоживания животных организмов, обитающих в морской воде. В известной степени связана с анабиозом при высушивании и летняя спячка животных вследствие уменьшения количества воды в теле из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях;
- 2) анабиоз при замерзании -- извлечение воды из живого организма вследствие его замерзания, сопровождающееся различными неблагоприятными изменениями при образовании льда.
К такому состоянию принадлежит явление зимней спячки у млекопитающих. При их высокой организации и постоянной температуре тела подавление жизнедеятельности у них более сложное, но все же его трудно резко разграничить с анабиозом при замерзании.
Помимо уменьшения содержания воды в организмах, в состоянии анабиоза происходят и другие изменения: уменьшаются размеры тела, оно становится более плотным; загустевает и уплотняется цитоплазма; органоиды клеток приобретают твердое состояние; ферменты теряют активность; в клетках накапливается глицерин, предохраняющий клетки от чрезмерной деформации при высыхании и растворяющий вредные вещества, концентрирующиеся в клетке вследствие испарения из нее воды; на поверхности клеток образуются плотные оболочки, защищающие содержимое клеток; полностью прекращаются реакции обмена веществ.
При анабиозе организм не растет, не развивается, не стареет. Благодаря этому продолжительность существования организма возрастает во много раз. Продолжительность анабиоза у разных организмов различается: семена многих растений находятся в состоянии анабиоза от конца одного вегетационного периода до другого; мхи и лишайники- от жарких часов суток до повышения влажности воздуха. Установлена жизнеспособность спор аэробной бактерии в мясных консервах, приготовленных примерно 114 лет назад, а также бактерий, образующих споры, в сухой почве в течение 300 лет. При исследовании толщи древнего ледника Центральной Антарктики были обнаружены жизнеспособные микроорганизмы в горизонтах, возраст которых составляет примерно от 8 000 до 13 000 лет. На Аляске в слое замерзшего ила рядом с когтями леммингов, пролежавшими около 15 000 лет, найдены всхожие семена люпина.
Типичным примером анабиоза при высушивании служит так называемая скрытая жизнь семян многих растений, которые могут в сухом состоянии сохранять всхожесть 50 лет и более.
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.
В настоящее время известно, что существуют некоторые виды бактерий, которые, попадая в неблагоприятные для них условия жизни, превращаются в стойкие образования с плотной многослойной оболочкой, называемые спорами. Это крайне обезвоженные клетки с толстой оболочкой. Такие спорообразующие бактерии преимущественно представляют собой бациллы и клостридии (принадлежащие к семейству Bacillaceae). За длительный эволюционный процесс они выработали прекрасный способ выживания при неблагоприятных для жизни условиях. При помощи спорообразования они повышают свою устойчивость к физическим, химическим и биологическим факторам внешней среды, сохраняясь в анабиотическом состоянии на протяжении многих лет. Они выдерживают даже высушивание в вакууме, очень низкие и высокие температуры (погибают лишь при 120°С). Позже, попадая в подходящие для них условия жизни, они снова возвращали свою жизнедеятельность и болезнетворное действие, становясь причиной опасных заболеваний животных и человека. Спорообразующие возбудители сибирской язвы, ботулизма, столбняка, злокачественных опухолей, газовой гангрены и др., впадая в анабиотическое состояние, долгие годы сохраняют свою жизнеспособность. Этим объясняется затухание на известный период и внезапное проявление некоторых заболеваний у животных. Известны так называемые мертвые поля, где в прежние времена зарывали в землю животных, погибших от сибирской язвы (сейчас их трупы сжигают). Через какой-то отрезок времени люди при распахивании земли или животные на пастбищах могли заразиться (болезнь является зоонозом, т. е. общей для животных и людей). А споры столбняка не погибают даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Стоит только их разморозить, и жизнь снова возвращается к ним.
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.
Термин «анабиоз» появился в 1873 году по предложению немецкого ученого Вильгельма Прейера, хотя само это явление у животных было открыто Левенгуком еще в 1701 году. Прейер изучал процессы временного прекращения жизнедеятельности различных живых организмов. Сам термин происходит от латинского слова anaboisis, что означает «оживление».
Долгое время это слово знали лишь ученые, но с развитием космонавтики и появлением возможности длительных космических перелетов фантасты ввели в свои произведения обязательный анабиоз. В самом деле – как можно достичь далеких звезд, не «усыпив» астронавта, чтобы потом его «разбудить».
На самом деле анабиоз очень сильно отличается от обычного сна. Если во сне жизненные процессы только слегка замедляются, то в условиях анабиоза они практически прекращаются. Сон – отдых для организма, когда часть органов отдыхает, в то время, как другие – активизируют свою работу. Так, например, мозг во сне очень активно работает, да и прочие органы тоже свою функцию выполняют.
В условиях анабиоза жизнь практически прекращается. Все процессы в организме замедляются почти до полной остановки. И это бывает не только в лабораториях, но и в реальной жизни. Природой предусмотрен анабиоз – как средство выживания в неблагоприятных условиях. Например, к нему часто прибегают микроорганизмы и бактерии. Жизнь в виде спор – это их основной образ жизни. Так они могут существовать десятки лет, хотя обычная, активная, продолжительность их жизни порой – минуты или часы. Стоит только спорам попасть в нормальные условия с подходящей влажностью, температурой и наличием пищи – и тут же спора оживает, превращаясь в активный, живой организм.
Если для микроорганизмов состояние анабиоза естественно, то для более сложных многоклеточных он малодоступен. Хотя есть множество животных, которые с успехом им пользуются. Например, рептилии и земноводные. Где проводят зиму лягушки? Они могут практически вмерзать в лед в полном смысле слова. Так они могут выживать в промерзающем до дна водоеме. Но стоит только пригреть солнцу и растаять льду, как лягушка легко оживает и, как ни в чем не бывало, отправляется по своим делам. Так же могут делать некоторые виды рыб. Давно известно, что карась может появиться в давно пересохшем водоеме, стоит ему заполниться водой. Откуда он там берется? Просто он переживает этот период, зарывшись глубоко в глинистое дно. И так он может ждать очень долго, находясь в анабиозе.
А как же человек? Ведь погружение в состояние анабиоза открыло бы множество возможностей. Это и далекие путешествия к другим планетам и звездам. Это и нашумевшая в свое время возможность «усыпления» неизлечимых больных до поры изобретения лекарства. Продление активной жизни, в конце - концов…
Увы, с млекопитающими теплокровными дело обстоит пока не очень хорошо. Сами по себе они не могут погружаться в состояние анабиоза, а принудительно ученые пока не очень умеют. Проводятся многочисленные эксперименты с различным эффектом, но надежного способа для человека пока не разработали.
Главная идея анабиоза для человека – его глубокое замораживание, до -190 градусов, ведь, как известно, все жизненные процессы тормозятся с понижением температуры. Причем обычное замораживание приводит к разрыву клеток в результате расширения жидкости организма, поэтому здесь не все так просто. Исследования в области замораживания породили новую область науки – крионику, которая как раз и занимается этим.
Первым человеком, попавшим на заморозку, был Джеймс Бэдфорд, у которого был рак легких. Его заморозили 12 января 1967 года в жидком азоте. Этот эксперимент не удался просто по причине халатного отношения. Ведь хранение замороженных тел велось за счет родственников, а они беспокоились об этом не более нескольких лет. Поэтому много замороженных тел просто разложились, из-за нарушения техники, и были захоронены. Однако по неофициальным данным, имеется еще около 200 замороженных человек в различных крионических организациях. Не все они серьезно озабочены исследованиями – некоторые всего-лишь пытаются «сорвать» денег с богатых клиентов, а потом исчезают.
Однако работы в этом направлении продолжаются. Есть и некоторые успехи. Работа затрудняется, как и в случае с клонированием, общественным мнением и противодействием властей. Но история показывает, что если что-то возможно в этом мире – человек рано или поздно изучит это и научится применять.
