Явления анабиоза
Что такое жизнь? Этот вопрос занимает человеческий ум уже в течение тысячелетий. Для его решения необходимо выяснить пределы жизни (т. е. при каких самых неблагоприятных условиях живые организмы все же не умирают), а также провести определенную границу между жизнью и смертью.
Последнее может показаться странным; нам обычно представляется, что между жизнью и смертью граница очень ясная. В действительности же дело вовсе не так просто.
Уже 235 лет тому назад известный ученый Левенгук заметил, что некоторые мелкие животные, именно коловратки, могут оживать, пробыв в высушенном состоянии почти два года. Спрашивается, жили ли коловратки в течение этих двух лет? Или жизнь в них приостановилась, а потом снова возобновилась?
Так появился вопрос о возможности приостановки или временного полного прекращения жизни; это явление впоследствии было названо анабиозом.
Особенное внимание к явлениям анабиоза привлекли опыты Бахметьева (в начале нашего столетия), в которых пчелы и даже летучие мыши оживали после замораживания. Правда, новейшими опытами в выводы Бахметьева внесены очень важные поправки, но все же он побудил ученых глубже заняться изучением анабиоза.
Какими же основными фактами располагает современная наука по вопросу об анабиозе?
Прежде всего необходимо различать анабиоз у взрослых, уже сформированных организмов и анабиоз у семян, спор, яиц, зародышей и т. д. Последние лучше переносят всякие неблагоприятные условия, в первую очередь высыхание и замораживание, нежели взрослые организмы. Например, французский ученый Беккерель высушивал семена различных растений, затем выдерживал их по 4 мес. в вакууме и потом помещал на 10,5 час. в жидкий гелий, имеющий температуру — 269°. Оказалось, что такие семена прорастали даже лучше, чем контрольные, хранившиеся при обычных условиях.
Подобные же опыты Беккерель проделал над спорами мха и папоротника. Сначала он подолгу высушивал эти споры, затем держал их в вакууме, а потом 9 час. в жидком гелии при —269° и еще час при —271,16°. После всего этого споры все-таки проросли. На них не подействовало и десятидневное пребывание в жидком азоте при — 190°. Подобные же результаты получились с пыльцой табака и львиного зава.
Таких опытов сделано разными учеными много, и все эти опыты дали довольно согласованный результат, а именно: при воздействии сильного высушивания и при применении самых низких температур семена, споры и зародыши не только растений, но и низших животных не убиваются, а испытывают как бы задержку жизни, после которой они вновь способны к нормальному развитию.
Другое дело, если для опытов берутся уже взрослые, сформировавшиеся организмы. Правда, некоторые из них хорошо выдерживают высыхание, например, коловратки или тихоходки. Но очень низкие температуры они выдерживают уже несравненно хуже. На основании новых опытов можно сказать, что взрослые пчелы, улитки, рыбы и т. п. погибают тогда, когда в клетках их тела образуются кристаллы льда. Правда, это происходит при температуре ниже 0°, но все же далеко не при тех низких температурах, которые так легко переносят споры и некоторые низшие организмы.
На сколько времени может быть приостановлена жизнь?
Из сказанного следует, что жизнь многих растений и даже животных, главным же образом их семян, спор и яиц, может быть приостановлена даже прервана при высыхании или охлаждении. Но теперь возникает новый вопрос, может ли быть приостановлена жизнь? На сколько времени? Если можно приостановить жизнь на несколько месяцев, то можно ли ее приостановить на десятки или сотни лет?
До сих пор еще в некоторых книжках попадаются указания на то, что будто семена пшеницы, пролежавшей в гробницах египетских фараонов более 2000 лет, прорастали при посеве. Однако последующими опытами это было опровергнуто; так долго свою всхожесть семена не сохраняют. Есть указания, что небольшой процент семян, сохранявшихся в коллекциях с XVI в., обнаружил способность к прорастанию. Достоверно известно, что прорастали семена некоторых растений, пролежавшие в покое 87 лет. Низшие водоросли оживали из спор через несколько десятков лет. Коловратки и низшие ракообразные из сухого ила оживали через 15— 20 лет.
Необходимо заметить, что здесь речь идет не о способности переносить сравнительно короткое время очень низкие температуры или очень резкое высыхание, но о сохранении семенами или низшими организмами жизнеспособности только при высыхании без применения искусственных условий. Замораживания здесь не применялось и по очень простой причине. Очень трудно сделать опыт с сохранением организмов или их зародышей при температуре ниже 0° в течение десятков лет. Ведь в опытах с высыханием пользовалось таким материалом, который лежал сам по себе в музеях много лет. Едва ли кто-нибудь согласился бы предпринять очень дорогой и сложный опыт с применением низких температур и ждать его результатов 15 или 20 лет.
Однако есть возможность произвести опыт над продолжительностью сохранения жизнеспособности организмов или их зародышей с применением низких температур без всяких холодильных установок и притом без необходимости ждать результатов много лет. Даже больше. Можно сделать опыты над оживлением организмов, пробывших при температурах ниже 0° не десятки, а тысячи лет.
Анабиоз в районах вечной мерзлоты
Такие опыты можно сделать в районах вечной мерзлоты, занимающей около 47% территории нашего Союза. Там грунт не оттаивает глубже 2—3 м в самое жаркое лето, а дальше идет вечномерзлый грунт на глубину в десятки или даже сотни метров. Эти грунты замерзли, по-видимому, еще в ледниковый период, который сковал холодом огромные пространства северного полушария много тысяч лет тому назад.
Таким образом условия сохранности, если не самих взрослых организмов, то их мельчайших зародышей в мерзлоте как будто благоприятны. Можно спросить, не очень ли холодно в вечномерзлых грунтах, не промерзнут ли там окончательно эти зародыши?
Мы уже сказали раньше, что семена, споры и яйца могут без вреда для себя переносить очень низкие температуры. Кроме того, в вечной мерзлоте вовсе не так холодно, как это может казаться. Например, за восемь лет постоянных наблюдений на Сковородинской научно-исследовательской мерзлотной станции выяснилось, что на глубине 3,2 м температура колебалась от —0,2° до —1,4°, а на глубине 5 м — всего между —0,6° и —1,0°.
В районах вечной мерзлоты есть еще одно благоприятное условие для возможности более длительного анабиоза живущих там организмов, а именно: у этих организмов уже заранее выработались приспособления к перенесению холода и продолжительного замирания жизни в течение длительной и суровой зимы. В районе упомянутой выше станции Сковородино мне самому приходилось находить земляных червей, особых дальневосточных тритонов, даже сусликов, которые зимуют в земле. Но ведь земля там промерзла на 60 м вглубь. Очевидно, животные приспособились к этим тяжелым условиям зимовки.
Затем известно, что многие мелкие водяные животные могут вмерзать в лед, а при его оттаивании оживать вновь.
И вот явилась мысль, не сохранились ли в этой вечной мерзлоте зародыши тех организмов, которые особенно хорошо приспособлены к длительному замиранию жизни и к перенесению замерзания?
В районах вечной мерзлоты встречаются остатки погребенных луж, озер или болот, причем благодаря мерзлоте эти остатки очень хорошо сохраняются. Например, в Центральной Аляске находят в земле пласты льда, причем в этом льде содержатся обильные остатки разных водяных растений. В Арктике чаще встречаются погребенные отложения торфа с древесными и травянистыми остатками, отличающимися от современной растительности этих мест. На Большом Ляховском острове (близ устья Лены) были найдены остатки ископаемого, но не окаменелого леса. Обломки деревьев стояли в почве с корнями и сучьями. Местами на деревьях хорошо сохранилась кора. Тут же находились богатые остатки озерной растительности, среди которой было найдено много вполне сохранившихся растений.
Мне самому в апреле 1934 г. случилось в 12 км от ст. Тахтамыгда Амурской ж. д. в шурфе, пробитом золотоискателями-старателями, найти в вечной мерзлоте на глубине 5 м довольно мощный пласт с остатками дерева и травы такой удивительной сохранности, что эта высохшая трава, привезенная в Москву, доселе не потеряла своей эластичности: она не крошится и не рассыпается, если ее трогают руками. Стволы и сучья деревьев не сгнили и не только сохранили значительную прочность, но даже древесина их внутри не очень потемнела.
Однако эти наблюдения делались в таких местах, где температура во льду не падала зимой значительно ниже нуля. Мне удавалось в Сковородине оживлять моллюсков и мелких рачков-циклопов, вмерзших в лед очень мелкой лужи, где им приходилось - испытывать температуру не меньше —20°, так как в холодные дни температура воздуха падала там почти до —50°. Очевидно, и эти организмы приспособились в течение долгих веков к перенесению такого сурового климата.
Можно только пожалеть, что для опытов с анабиозом обыкновенно берут организмы из умеренной полосы, вовсе не приспособленные к перенесению тех крайних температур, которым их подвергают во время опытов. Есть основания думать, что опыты с организмами, привыкшими к суровому климату, дали бы и иные результаты.
Опыты оживления
Принимая во внимание все эти соображения, я решил попробовать оживить некоторые организмы из мерзлоты. Прежде всего явилась мысль о бактериях. Известно, что в трупе мамонта, найденном в 1901 г. в Якутии и привезенном в Ленинград, оказались жизнеспособные бактерии. В 1931 г. удалось оживить бактерий из ископаемого льда Б. Ляховского о-ва.
Но бактерии очень низко организованы, и необыкновенная их живучесть давно известна. Интереснее было бы добиться оживления более высоко организованных существ, например различных водорослей, может быть коловраток, ракообразных. Рассчитывать в первую очередь именно на них можно было потому, что многие водоросли, отмирая на зиму, оставляют споры, способные переносить и высыхание и морозы. Коловратки и многие низшие ракообразные откладывают на зиму особые яйца, тоже в очень плотных оболочках; даже в условиях умеренного климата, например под Москвой, эти яйца не развиваются, если предварительно не подвергнутся замерзанию.
Опыты в этом направлении были начаты мной на Сковородинской научно-исследовательской мерзлотной станции (при станции Сковородино Амурской ж. д., где находится город Рухлово Зейской области). Там грунт оттаивает к осени на 2,5 м, а ниже идет вечная мерзлота метров на 60. Грунт по большей части суглинистый.
При пробивке шурфа на лугу, прилегающем к Сковородинской мерзлотной станции, на глубине 3,5 м, т. е. на 1 м глубже границы оттаивающего слоя, 8 мая 1934 г. был обнаружен темный слой около 10 см толщиной, содержащий остатки потемневшей, но не совсем еще разложившейся травянистой растительности. По-видимому, это был остаток торфяной лужи. Слой находился а боковой стенке шурфа, среди коричневатых слоев мерзлого суглинка.
Необходимо было брать пробы из грунта таким способом, чтобы избежать возможности заноса организмов, теперь живущих на поверхности земли. Поэтому стенку шурфа сперва зачистили топором, чтобы удалить наружные слои, соприкасавшиеся с воздухом, с рабочими, пробивавшими шурф, их инструментами и т. д. Затем из пласта с растительными остатками был вырублен в горизонтальном направлении небольшой кусочек грунта и помещен в стеклянную банку, которую предварительно прогрели полчаса при температуре в +110°. Наконец, когда грунт растаял, в банку была налита дистиллированная вода. Банка все время была закрыта стеклом и, кроме того, стояла под стеклянным колпаком.
Через 15 дней в банке проявилась зелень. При рассматривании в микроскоп оказалось, что это низшие водоросли разных типов; одни из них были одноклеточные, другие нитчатые, и виде длинных цепочек, состоящих из одного ряда клеток. Все эти водоросли относились к зеленым, сине-зеленым и кремневым (или диатомовым). Всего оказалось 12 родов различных водорослей.
Несколько позже а воде появились движущиеся в разных направлениях маленькие шарики, поперечником, не более 0,3 мм. Это были давно жданные рачки, а именно из ветвистоусых низших ракообразных, вид Хидорус, сферикус. Эти рачки космополиты, т. е. они водятся в лужах и разных водоемах всего земного шара. Несмотря на свои ничтожные размеры, они обладают довольно высокой организацией. Их тело заключено в прозрачную двухстворчатую раковину, заканчивающуюся небольшой головой с острым «клювом». В голове видны два желтых пятна одно над другим: верхнее — это единственный глаз, состоящий из двух нормальных глаз, слитых вместе. Другое темное пятнышко под ним — добавочный глазок, функция которого еще недостаточно известна. У этих рачков имеется нервная система, сердцебиения которого легко сосчитать под микроскопом, пять пар лапок с жабрами на них.
Далее мы видим у этих рачков изогнутый кишечник с темным содержимым — это еще непереваренная пища. Питаются они частью талыми низшими водорослями, частью продуктами уже начавшегося разложения различных микроорганизмов.
Везти этих живых животных с Дальнего Востока было довольно трудно. Они были помещены в наглухо запаянную стеклянную банку вместе с теми водорослями, которые ожили из того же грунта. Для дыхания рачков необходим был кислород, который водоросли вырабатывают на свету. Свет также необходим и для питания самих водорослей. Поэтому банки со всей этой «живностью» приходилось ежедневно выставлять в поезде на несколько часов на свет. Благодаря этому в конце февраля 1936 г. удалось довезти все ожившие из мерзлоты организмы в живом состоянии до Москвы.
В Биогеохимической лаборатории Академии наук, руководимой акад. В. И. Вернадским, были сделаны опыты пересадки этих организмов на различные питательные среды и просто в Московскую воду из водопровода. Эта вода, проходя по чугунным трубам, приобретает значительное содержание железа. Это обстоятельство могло быть неблагоприятным или даже вредным для рачков. Однако не только они, но и все организмы, ожившие из вечной мерзлоты, оказались чрезвычайно живучими и превосходно размножаются как, в водопроводной воде, так и в различных питательных средах. Сейчас мы имеем дело уже с десятым или пятнадцатым поколением тех рачков, которые вывелись из вечной мерзлоты. Это лишний раз доказывает, что организмы из районов вечной мерзлоты обладают чрезвычайной сопротивляемостью по отношению к различным неблагоприятным внешним условиям.
Через несколько месяцев из того же грунта в той же банке стали прорастать зеленые стебельки мха. В общем такой комплекс организмов характерен именно для торфяной лужи.
В дальнейшем ни разу не удавалось напасть на слой с такими обильными растительными остатками. Однако при многочисленных бурениях вечной мерзлоты, производимых Сковородинской мерзлотной станцией, изредка бур вытаскивал на поверхность земли пробы темного ила, в котором иногда были видны остатки травы. Пришлось довольствоваться этим материалом, хотя и не было определенного расчета на успех. При бурении 16 июня 1935 г. в 10 м от описанного шурфа были взяты две пробы грунта, в которых виднелись незначительные растительные остатки, причем первая проба была взята не из вечной мерзлоты, а из слоя над ней, оттаивающего летом на 3 мес. Глубина его была 210 см. Уже через 8 дней в банке с этим грунтом, также помещенным в дистиллированную воду, появились одноклеточные и ниточные водоросли, относящиеся к зеленым и сине-зеленым, а также нити гриба. Из пробы, взятой немного ниже, с глубины 275 см, т. е. уже из вечномерзлых слоев, ожили совершенно другие водоросли, преимущественно кремневые (диатомовые).
Этот опыт был важен потому, что могло быть подозрение, не переносятся ли зародыши водорослей при бурении вместе с буром сверху в более глубокие слои. Однако в этом случае мы видим, что из проб грунта, разделенных промежутком всего в 65 см, получились совершенно различные водоросли. Это обстоятельство убеждает нас в том, что если принять все меры предосторожности, то можно получать пригодные для опыта пробы и при помощи бурения.
Кроме этих опытов, брались пробы еще два раза: 22 июля и 26 ноября 1935 г. — около тех мест, где брались и предыдущие пробы, до глубины 4,25 м. Всех проб было взято восемь, все они дали несколько родов отживших водорослей, именно зеленых и сине-зеленых. Ни мха ни рачков больше не было. Но это объясняется очень просто: пробы брались из грунта темного цвета, почти без всяких растительных остатков. Можно с уверенностью сказать, что это не были остатки какого-нибудь водоема, вроде торфяной лужи, а, вероятно, просто погребенные в мерзлоте более сырые участки поверхности почвы, где когда-то жили водоросли.
Таким образом из одиннадцати проб грунта с глубин от 2,10 до 4,25 м ожило до 20 родов различных водорослей, кроме того, нити гриба, мох и, что всего замечательнее, один вид из низших ракообразных. Весь этот комплекс организмов свойственен отчасти небольшим водоемам вроде торфяной лужи, часть же этих организмов может жить прямо на сырой земле.
Может возникнуть сомнение, нет ли в этих опытах основной ошибки, т. е. не проникли ли в мерзлоту современные организмы просто из верхних слоев почвы. На это можно ответить, что пылевато-илистые суглинки, преобладающие в районе не только станции Сковородино, но и вообще в Дальневосточном крае, даже в талом состоянии почти не пропускают воды, что было установлено рядом опытов, произведенных на Сковородинской мерзлотной станции. Что же касается вечномерзлотного слоя, то он воды вообще не пропускает. Поэтому возможность занесения грунтовыми водами хотя бы спор микроорганизмов на глубину 3—4 м исключается. Занос зародышей микроорганизмов через воздух, воду, посуду, пипетку исключается не только потому, что были приняты все необходимые меры предосторожности, но еще и потому, что это заражение, как показывает многолетний опыт, обыкновенно выражается в появлении какого-нибудь одного вида микроорганизмов.
То же самое следует сказать и о возможности заражения при бурении. Не может быть, чтобы целый комплекс организмов, различный на разных глубинах, да еще не случайный, а свойственный определенным условиям жизни, оказался занесенным извне. Особенно убеждает в этом первый опыт с пробой из шурфа, где ожили 12 родов различных водорослей, мох и ракообразные. Такой согласованный комплекс не мог попасть в банку какими-нибудь случайными путями. Наконец, если и могло произойти занесение зародышей современных организмов каким бы то ни было путем, то это случилось бы, допустим, один, два, три раза, но одиннадцать раз подряд такое занесение уже невероятно.
Поэтому можно утверждать, что мы имеем дело действительно с оживанием организмов из мерзлоты.
***
Теперь возникает самый интересный вопрос, сколько же времени зародыши этих организмов пробыли в мерзлоте? Когда жили на земле?
Невольно хотелось бы предположить, что это уже вымершие организмы, которых на земле давно не существует. Однако такое предположение неосновательно. Все ожившие организмы — такие же, которые живут и сейчас на поверхности земного шара. Этому нельзя удивляться, так как формы организмов меняются медленно.
Однако, несмотря на внешнее сходство организмов из мерзлоты с ныне живущими, возможно, что физиологическая конституция их своеобразна. Акад. Г. А. Надсон указал, что следовало бы изучить со всей точностью ряд поколений этих организмов, так как вполне вероятно, что тысячелетнее их пребывание в вечной мерзлоте скажется не сразу, а может дать свои результаты только спустя некоторое время. Эта задача ставится для дальнейших опытов.
К сожалению, геологические условия той местности, где производились опыты, до сих пор не изучены. Поэтому очень трудно сказать, сколько времени понадобилось на то, чтобы нагромоздить 3—4 м грунта над бывшей когда-то на поверхности земли лужей. Во всяком случае всего лет 20 тому назад на поверхности земли на этом месте росли огромные 150—200-летние лиственницы. Их пни кое-где еще сохранились. Можно думать, что возраст оживших организмов следует исчислять во всяком случае не сотнями, а тысячами лет. С осторожностью скажем, что им, вероятно, от одной до трех тысяч лет.
Таким образом впервые удалось поставить опыт над продолжительностью сохранения жизни, не потребовавшей тысячелетних наблюдений. Мы видим, что пределы жизни чрезвычайно расширяются. Жизнь оказывается несравненно более стойкой и длительной, чем это думали раньше.
Теперь необходимо произвести поиски в более глубоких слоях. Ведь чем глубже слой земли, тем он древнее. Может быть с глубины 10—15 м мы оживим уже не современные организмы, а их предков, исчезнувших с лица земли. Это было бы, действительно, оживлением ископаемых, вымерших организмов. Неизвестно, удастся ли это, но опыты в этом направлении, уже намечены, и Всесоюзная академия наук поставила их в порядок дня.
Москва, 18/VI 1936.
