2 года назад
Нету коментариев

В природе анабиоз не является патентом только животных организмов. Он широко представлен и среди микроорганизмов из царства Prokaryotae, 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 впадания 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.

В 1962 г. сенсационно прозвучало сообщение фран­цузского микробиолога Г. Домбровского, который зая­вил, что ему удалось случайно оживить бактерии (Pseudomonas halocrenae), пробывшие в соляных пластах око­ло Бад Нагейма более 180 млн. лет. Г. Домбровский проводил исследования минеральных вод у Бад Нагей­ма, которое завершил посевом проб в различных пита­тельных средах для выявления бактерий. Он обратил внимание на тот факт, что даже в очень соленых водах обнаруживались живые бактерии. Странным показалось и то, что бактерии обнаружились и в воде, взятой с боль­шой глубины. Взяв у бурильщиков, работавших побли­зости, пробы соли, извлеченной с глубины 209 м, Домб­ровский в стерильных условиях извлек внутреннюю часть пробы, чтобы исключить побочное загрязнение, и сделал посев. Развились два вида бактерий. Опыты были неод­нократно повторены — результаты оказались те же: в кристаллах соли, пролежавших в недрах земли более 180 млн. лет, встречались бактерии, способные оживать. Но само «оживление» еще не может служить достаточ­ным доказательством. Ученый расширил свои опыты и вырастил бактерии в питательной среде, в которую каж­дую неделю добавлял определенное количество соли. Когда получился насыщенный солевой раствор, он выпа­рил питательную среду. Образовались кристаллики соли, в которые были вкраплены бактерии. После того как кристаллы пролежали несколько недель, из них снова можно было выделить живые бактерии. Выяснилось, что вполне возможно в блоках соли сохранять живые бакте­рии на протяжении миллионов лет.

Анабиоз у микроорганизмов — давно известный факт: еще Левенгук в 1705 г. встретился с этим интересным био­логическим явлением.

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.

Но если вернуться к случаю в Бад Нагейме, удиви­тельно, что обнаруженные бактерии, не образуя спор, пребывали в состоянии анабиоза миллионы лет.

Это не единственный случай, когда были обнаружены древние микробы в анабиотическом состоянии. На раз­ных глубинах в трещинах подземных пластов сумели сохраниться бактериальные палочки —одни «только» 10 тыс. лет, а другие— 1 млн. лет. Недавно такую наход­ку сделали американские биологи из научно-исследо­вательского института имени Чарльза Дарвина в Дайн-Пойнте. Ученые перенесли обнаруженные ими бактерии в лабораторию в стерильные пробирки и создали им идеальные условия. Вскоре в питательной среде закипе­ла жизнь — бактерии начали размножаться и образова­ли целые колонии, напоминающие по форме вершину вулкана.

Одним словом, оказалось, что и миллион лет — не предел для жизни микроскопических бактерий, впавших в анабиотическое состояние. Этот вывод важен не только в теоретическом отношении. Он привлек внимание пред­ставителей молодой науки экзобиологии, изучающей воз­можности существования жизни вне нашей планеты, на­пример, на кометах, в наиболее мелких частицах косми­ческой пыли или на планетах с резкими переменами кли­матических условий. Ныне экзобиологи задаются вопро­сом: не могут ли там на известное время «притаиться» и, когда условия позволят, «воскреснуть» какие-нибудь живые существа?

Еще в начале нашего века и до наших дней большой интерес у исследователей вызывала способность бактерий переносить очень низкие температуры. Так, например, не­которые виды светящихся бактерий, охлажденные до температуры жидкого воздуха (—253°С) и даже жидкого гелия (—269°С), после размораживания восстанавлива­ли свою жизнедеятельность и снова начинали светиться. Сейчас уже научно доказано, что жизнь светящихся бак­терий сохраняется и в более суровых условиях, прибли­жающихся к условиям космического пространства. Боль­ше того, оказывается, что почти при полном вакууме и при температурах, близких к абсолютному нулю, неко­торые земные микроорганизмы сохраняются даже луч­ше, чем в идеальных условиях земных лабораторий. По мнению некоторых экзобиологов, простейшие формы жиз­ни попали на Землю из бескрайних просторов космиче­ского пространства.

Советский ученый К. Шариков сообщает о проведенных опытах с зооспорангиями (органы бесполого размно­жения)— возбудителями рака у картофеля, которые в течение двух суток находились в замороженном состоя­нии в жидком кислороде (—183°С) и все же сохранили свою жизнеспособность. Такие зооспорангии вызывали рак картофеля, как и контрольные, не подвергшиеся за­мораживанию.

В начале 60-х годов молодой советский ученый Нико­лай Чудинов — инженер-исследователь из центральной химической лаборатории Березниковского калийнодобывающего комбината,— исследуя нерастворимые остатки ископаемых калийных солей, совершенно случайно обна­ружил нечто поразительное — коричневый поверхност­ный слой, всплывший в пробирке из осадков, заметно уве­личился в объеме. Н. Чудинов не мог предположить, что этот случай касается проблемы сохранения жизнеспособ­ности, так как считал, что жизнь в соли невозможна. Но каково же было его удивление, когда, поместив каплю солевого раствора на предметное стекло и рассмотрев ее под микроскопом, он увидел, что в капле кипела жизнь. Оказалось, что эти организмы представляют собой один из видов микроскопических водорослей. Н. Чудинов сно­ва заключил ожившие микроорганизмы в кристаллы со­ли, продержал их в этом состоянии около двух месяцев и снова растворил кристаллы. Было чему поразиться: в растворе снова оживали целые колонии микроскопиче­ских водорослей. В одном из опытов исследователь ли­шил водоросли углекислого газа и воздуха, но и в этой среде они продолжали жить. Проделав сотни опытов, Н. Чудинов имел право на некоторые выводы. Явление, открытое им в калийных солях, представляет собой при­мер сохранения жизнеспособности. Цвет жидкости опре­делялся живыми организмами — водорослями, сохраняв­шими свою жизнеспособность в анабиотическом состоя­нии бесконечно долгое время — около 350 млн. лет.

Установлено, что некоторые виды сине-зеленых водо­рослей (Cyanophyta) из степных областей образуют сту­денистую массу на предметах, находящихся под водой. Если их оставить на суше, то они превращаются в сухую черную корочку. В этом состоянии они могут находиться очень долгое время, а когда выпадет дождь, сразу раз­бухают от поглощенной ими воды и снова превращаются в сине-зеленую студенистую массу. В 1962 г. американский ученый Камерон установил, что синезеленая водо­росль носток (Nostoc communae), хранившаяся 107 лет в гербарии, полностью сохранила свою жизнеспособность.

Выяснилось, что в подобное состояние могут впадать и некоторые зеленые водоросли (Chlorophyta), напри­мер, те, которые покрывают зеленым налетом нижние части елей.

Значительная часть лишайников (Lichenes), особенно те, которыми обрастают камни, тоже большую часть года пребывают в анабиотическом состоянии, подвергаясь ис­сушающему действию прямых солнечных лучей. Напри­мер, лишайники ягель (олений мох) и парамелия могут высыхать до такой степени, что превращаются в пыль, если их растереть между пальцами, но после дождя вос­станавливают свою эластичность и жизнедеятельность. Могут высыхать и впадать в анабиоз и некоторые виды мхов (Bryophyta).

В анабиотическое состояние впадают и некоторые виды высших растений. Рекорд в этом отношении при­надлежит растению броней. (Selaschnella lepidophyla), встречающемуся в прериях Американского континента. Помещенное в гербарий, это растение выдержало целых 11 лет в высушенном состоянии, не потеряв своей жизне­способности.

Одно из чудес болгарской флоры — это растения родопская габерлея (Haberlea rhodopensis) и сербская рамонда (Ramonda serbica). Оба вида принадлежат к се­мейству геснериевых (Gesneriaceae) и считаются релик­тами третичного периода (остатками растительности тре­тичного периода, некогда обитавшей в нашей стране).

Габерлея — красивый цветок, похожий на примулу, растет на известняковых, сухих и прогревающихся солн­цем скалах, а также в тенистых местах в Родопах и в горах средней Старой планины в Болгарии, как и на не­которых плоскогорьях Югославии, а рамонда — тоже кра­сивый цветок — растет преимущественно в Югославии. В Болгарии рамонда имеет ограниченное распростране­ние — на известняковых скалах и на северных склонах Западного подножия Балканских гор. Оба реликтовых вида включены в список растений, находящихся под за­щитой закона как исключительно редкие и представляю­щие значительный интерес.

В 1950 г. под руководством одного из наших извест­ных болгарских ботаников академика Николая Стоянова тогда еще молодой научный сотрудник Иван Ганчев по­пытался выяснить, встречаются ли в болгарской флоре виды растений, впадающих в анабиоз при продолжитель­ном их высушивании, не теряя при этом своей жизнеспо­собности. Начались многочисленные опыты, испытыва-лось большое число растений из разных областей Болга­рии, но результаты были отрицательными: после высуши­вания растения погибали. Во всей просмотренной Ганчевым литературе нашлись сведения только о двух высших растениях, обладавших подобным свойством,— одно из них (Miratamnus flebelifolia) в Болгарии не встречается, а второе — сербская рамонда — было исследовано Чер­нявским и дало положительные результаты. Так как родопская габерлея является близким родственником рамонды, Ганчев начал проводить опыты над обоими вида­ми, поставив себе задачу: проверить данные относительно сербской рамонды и выяснить, свойственны ли ее каче­ства родопской габерлее, сможет ли она выдерживать продолжительное высушивание, не потеряв жизнеспособ­ности. В результате многочисленных опытов Ганчев уста­новил, что родопская габерлея может выдержать в таком состоянии до 31 месяца, а сербская рамонда — до 27 ме­сяцев. Разумеется, это рекордные сроки. Некоторые эк­земпляры погибали в 16, другие — в 19 месяцев. Самыми жизнеспособными оказались верхушечная точка роста растения и черешки листьев. Опыты были продолжены, и родопская габерлея раскрывала все новые и новые осо­бенности. В летнее засушливое время года на открытых скалах температура часто достигает 45°С. Там встреча­лись экземпляры габерлеи, свернувшиеся в плотные ро­зетки, почти полностью высохшие. При растирании листь­ев между пальцами, они превращались в пыль. Высушен­ная габерлея, хранившаяся три месяца, вынесла нагре­вание в течение почти 100 мин при температуре 66—76°С, а экземпляры, хранившиеся дольше (24 месяца), выдер­жали 52 мин. Особенно интересным оказался тот факт, что наряду с устойчивостью по отношению к засухе и теп­лу родопская габерлея обладает и относительно высокой морозоустойчивостью. Только при —7°С начинают за­мерзать наружные листья розетки. При более сильных хо­лодах, так же как и летом, лиственные розетки свертываются и наружные листья играют роль защитной «одежды».

Болгарские ученые считают, что в процессе эволюци­онного развития эти виды настолько усовершенствова­лись, что их биохимические реакции протекают на очень низком энергетическом уровне. Жизнь в их клетках может быть сведена до возможного минимума и снова восста­новиться при наступлении благоприятных условий. Такое состояние может быть достигнуто лишь благодаря боль­шой способности цитоплазмы удерживать часть воды. Растения могут потерять до 98% воды, но остальных 2% вполне достаточно для поддержания состояния анабиоза.

Анабиотическое состояние является высокоэффектив­ным механизмом выживания при неблагоприятных усло­виях. Именно эта анабиотическая способность и помогла родопской габерлее и сербской рамонде — этим реликто­вым растениям третичного периода — уцелеть до наших дней.

Неизбежно возникает вопрос: что помогает растени­ям переносить сильное обезвоживание и впадать в со­стояние анабиоза, при котором обмен веществ протекает настолько замедленно, что практически почти равен ну­лю? По мнению ученых, при обезвоживании у растений, способных впадать в анабиотическое состояние, не нару­шается процесс дыхания, который сохраняет свою так называемую энергетическую полноценность. При обез­воживании у этих растений продолжают образовываться богатые энергией соединения, например АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, образующаяся в процессе ды­хания почти до полного высушивания этих растений, пе­редается почти всем клеточным структурам и всему кле­точному содержимому, которое, обезвоживаясь, перехо­дит в желеобразное состояние, и клетки могут годами сохранять свою жизнеспособность. У большинства дру­гих видов растений при таких условиях протопласт свер­тывается, и растение погибает.

Подобный процесс происходит и при созревании се­мян. Известно, что многие виды семян сохраняют всхо­жесть на протяжении длительного периода (десятилетия и даже столетия).

В начале нашего века исследования всхожести семян провел французский ученый Поль Беккерель. Он прове­рил более 500 видов семян из собрания Естественноисторического музея в Париже. Некоторые семена сохраня­лись там еще с конца XVIII в. Оказалось, что дольше дру­гих сохраняют свою всхожесть семена растений из се­мейств бобовых, мальвовых и губоцветных. Часть семян (20%) клевера, сохранявшихся на протяжении 68 лет, проросла.

Почти одновременно подобные исследования провели и другие ученые, которые доказали, что семена растений в состоянии сохранять всхожесть более 50 лет. Наиболее устойчивыми оказались семена, содержащие минималь­ное количество воды.

Советский ученый К. Шариков в своей книге «Необык­новенные явления в растительном и животном мире» пишет, что в состоянии анабиоза семена ржи, овса, пше­ницы и ячменя могут сохраняться более 10—12 лет, маль­вы — 57, клевера — 62, ракитника — 84, а семена лото­са — более 200 лет. Советские ученые также установили, что семена лотоса, пролежавшие в торфяном болоте бо­лее 1000 лет, сохранили всхожесть.

При изучении гробниц фараонов в Египте были обна­ружены семена пшеницы, которые хранились более 2000 лет, но не утратили способности к прорастанию. Впоследствии, однако, выяснилось, что египтологи бы­ли введены в заблуждение мошенниками, которые про­давали свежие семена вместо старых семян из гроб­ниц.

Интересный опыт провел в 1879 г. известный амери­канский ботаник Уильям Бил. Он зарыл 20 бутылок, в каждой из которых было по 1000 семян 20 видов сорня­ков. Ученый поставил целью установить: сколько време­ни семена могут сохранять свою всхожесть? Каждые 5 лет он выкапывал одну бутылку и высевал семена в стериль­ную почву. В 1924 г. Уильям Бил умер. Опыты продол­жили коллеги ученого, которые увеличили интервалы между выкапыванием бутылок до 10 лет. Американский журнал «Фармере дайджест» сообщил, что семена, по­сеянные в 1980 г. (т. е. через 101 год), буйно проросли. В Национальной контрольно-семенной лаборатории в штате Колорадо при температуре —20°С сохраняются семена почти 100 тыс. видов растений. Сотрудники ла­боратории проводят испытания на всхожесть семян каж­дые 5 лет, таким образом контролируя надежность хра­нения растительного фонда.

Еще более интересное открытие недавно сделали и аргентинские ученые, которые наблюдали всхожесть семян, чей возраст превышал три тысячелетия. Семена принадлежали растению амаранту, растущему на скло­нах Анд. Эти семена были найдены в тщательно закры­том сосуде в одной из горных пещер в провинции Мендоса.

Установлено, что семена некоторых злаков, проле­жавшие известное время в условиях вакуума при темпе­ратуре, близкой к абсолютному нулю, после этого прорас­тали и сохраняли свои биологические свойства.

Советские ученые провели исследования с сухими се­менами, которые в опытных условиях показали большую морозоустойчивость — при температуре от —100 до — 190°С они сохраняли всхожесть. Уже получены сооб­щения, что семена 45 сельскохозяйственных культур пос­ле шестимесячного хранения в жидком азоте ( —196°С) успешно прорастали.

В настоящее время считается доказанным тот факт, что семена многих видов растений способны сохранять в анабиотическом состоянии свою всхожесть в течение длительного времени. Но это состояние не может длить­ся бесконечно долго, оно зависит от условия хранения семян, так что, бесспорно, с каждым уходящим годом всхожесть семян понижается.

Возникает вопрос: если некоторые виды высших рас­тений способны переносить почти полное обезвоживание, то имеются ли растения, которые способны переносить и низкие температуры, впадая в состояние анабиоза? Известно, что там, где бывают суровые зимы, древесные растения могут быть повреждены воздействием кристал­лов льда, а затем и погибнуть. Это можно предотвра­тить лишь при очень быстром воздействии низких тем­ператур (например, температуры жидкого азота —196°С и более низких), которые растения переносят сравнитель­но легко, потому что при этих температурах вода очень быстро охлаждается и замерзает не в кристаллическом, а в аморфном состоянии. В этом случае цитоплазма в клетках растений не повреждается, поскольку нет крис­талликов льда. При одном из таких опытов ветки крас­ной смородины перенесли понижение температуры до — 195°С и после быстрого размораживания остались жиз­неспособными. Но в природе такие низкие температуры не существуют. В таком случае, как же переносят суро­вые зимние месяцы растительные организмы?

В течение длительного процесса эволюции различные виды растений выработали приспособления (физиологи­ческие, анатомические, биохимические) для выживания при неблагоприятных зимних условиях, обеспечивая та­ким образом продолжение вида. Однолетние растения проводят зиму в виде сухих зрелых семян, пребывающих в состоянии анабиоза. Большая часть двулетних и много­летних растений теряет свои наземные органы и пере­зимовывает, хорошо защищенная от морозов и снега, находясь в земле в виде луковиц (лук, подснежник, тюль­пан и др.), клубней (картофель, георгины и др.) и кор­невищ (папоротник, примула, мать-и-мачеха) в состоя­нии покоя.

Но как перезимовать озимым культурам и древесным видам растений, которые подвержены непосредственно­му воздействию холодов? Установлено, что еще с осени растения начинают готовиться к зимовке под воздействи­ем понижения температуры и главным образом сокра­щения продолжительности светового дня, причем дре­весные виды завершают свой активный рост и готовятся к переходу в состояние покоя. Подготовка растений вы­ражается в понижении обмена веществ и процесса дыха­ния и в усилении фотосинтеза, что приводит к накопле­нию запасов питательных веществ — углеводов, белков, жиров, минеральных солей и др. Некоторые из этих ве­ществ повышают густоту сока в клетках и тем самым понижают его точку замерзания (например, клеточный сок, отцеженный из некоторых растений, замерзал лишь при температуре от —5 до — 10°С).

По мнению ряда ученых, растения проходят через две фазы подготовки к состоянию покоя. Во время первой фазы рост прекращается, резко уменьшается интенсив­ность всех физиологических и биохимических процессов, а листопадные виды (широколиственные деревья) те­ряют листья. Вторая фаза начинается с первыми холода­ми (от —4 до —5°С), когда растение теряет значитель­ное количество воды (обезвоживание клеток) и насту­пают глубокие физико-химические процессы — изменяют­ся коллоиды, которые становятся более устойчивыми к коагуляции. В результате растения становятся более хо­лодостойкими, и эта устойчивость возрастает в течение суровой зимы. В это время организм растения перехо­дит в состояние глубокого покоя. Неподготовленные к зимовке замерзшие растения погибают потому, что обра­зовавшийся лед в их межклеточных пространствах по­вреждает цитоплазму. Но зимой этого не происходит, так как клетки растительных тканей связаны между собой особыми цитоплазматическими мостиками, называемыми плазмодесмами, они переходят сквозь поры из одной клет­ки в другую. При переходе растения в состояние глубо­кого покоя плазмодесмы втягиваются внутрь клеток и цитоплазма теряет связь с оболочкой (изолируется). На ее поверхности у древесных видов накапливаются жиро­вые вещества. Благодаря процессу изоляции цитоплазмы кристаллики льда, возникающие в межклеточных про­странствах, уже не оказывают давления на цитоплазму и не повреждают ее. Внутри клеток у закаленных расте­ний лед образуется при значительно более низких тем­пературах. Однако при очень суровых зимах озимые культуры и плодовые деревья и кустарники все же час­тично погибают. Вот почему ученые-селекционеры тру­дятся над созданием морозоустойчивых сортов плодовых и озимых культур. Установлено, например, что для не­которых растений (помидор, огурец, перец, хлопчатник и др.), которые повреждаются не только низкими минусо­выми температурами, но и низкими плюсовыми темпе­ратурами, для повышения их морозоустойчивости необхо­димо предпосевное закаливание семян переменной тем­пературой (сначала +12°С, а затем —3°С) на протяже­нии нескольких дней. Закаленные таким образом расте­ния становятся морозоустойчивыми и лучше переносят низкие плюсовые температуры и даже весенние утренние заморозки, а также повышают свою продуктивность.

Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно по­нижается. В этот период опасность замерзания при вне­запном похолодании или выпадении снега велика.

Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высо­кие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рас­сматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.