Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предск - Журавлёв Андрей Юрьевич
Может быть, дело в правильной заморозке? В естественном земном холодильнике — Антарктиде — на глубине 2375 метров обнаружили «спящих» диатомовых. Это значит, что им около 180 тысяч лет. Живые замороженные грибы (тоже одноклеточные) встречаются до глубины 650 метров (38,5 тысячи лет), а некоторые бактерии — даже на уровне 2750 метров. Им стукнуло 240 тысяч лет. Сабит Абызов из Института микробиологии РАН открыл вполне жизнеспособные бактерии и одноклеточные грибы в керне льда из скважины, прошедшей под станцией «Восток» более 3,5 километра. Им примерно 400 тысяч лет. Но, пробудившись от крепкого сна, микроорганизмы начинают расти и делиться. Они и являются настоящими живыми ископаемыми без всяких кавычек. Поскольку Абызов к любителям нездоровых и убогих сенсаций не относится (неоднократно опровергал находки микробов в метеоритах), его данным можно доверять.
Хорошо бы вволю — несколько тысячелетий — поспать и нам. Конечно, с гарантией проснуться в своей постели или хотя бы на сеновале. Но, увы, многоклеточные животные в этом отношении оказались куда как примитивнее одноклеточных грибов и бактерий. Двоякодышащие рыбы и некоторые земноводные могут поспать подольше, но в теплых и сухих условиях и от нескольких месяцев до четырех лет.
Лишь тихоходки, или тардиграды, могут похвастаться завидным долголетием. В тундре сезон, что называют летом, настолько короток, что они проводят большую часть жизни во сне. Если и летние температуры недостаточно высоки, тихоходка может спокойно проспать сотню-другую лет и очнуться, когда по-настоящему потеплеет. Первым оживание этих организмов после замораживания наблюдал натуралист Ладзаро Спалланцани из Университета Павии в 1776 году. Он же придумал им название «тардиграды» [36] и заметил, что природа наградила их «способностью к настоящему воскрешению после смерти».
В дальнейшем ученые смогли сполна проявить свои садистские склонности на тихоходках. В 1842 году зоолог Луи Дуаер из Версальского агрономического института нагревал их до +150 °C, в 1950-м физиолог Поль Беккерель из Криогенной лаборатории имени Камерлинга-Оннеса в Лейдене охлаждал почти до нуля градусов Кельвина. Позднее зоолог Рауль-Мичел Мэй из Университета Сорбонна облучил их на рентгеновском аппарате: если человека убивает доза примерно в 500 рентген, то тихоходки не желали дохнуть, пока доза не выросла в тысячу раз! Наконец, биологи Кунихиро Секи и Масато Тоёсима из Университета Канагавы содержали их под давлением 6 тысяч атмосфер. А тихоходки продолжали свою медлительную жизнь. Они выживали даже после фотографирования на сканирующем электронном микроскопе, что означало бомбардировку электронами в вакууме, и выдерживали десять лет без воды. И оказались единственными живыми (!) существами, побывавшими в открытом космосе без скафандра — в сентябре 2007 года на российском биоспутнике «Фотон-МЗ».
Для любого многоклеточного остановить все процессы обмена веществ в теле — не проблема. Все рано или поздно, естественным путем или в результате несчастного случая приходят к этому, то есть к смерти. Но тихоходки способны возрождаться. Готовятся они к длительному анабиозу так. Первым делом сворачиваются в калачик, чтобы уменьшить площадь поверхности тела, соприкасающуюся со средой. Во-вторых, как выяснили биохимики Ханс Рамлев и Петер Вест из Копенгагенского университета, вода в клеточных мембранах замещается у них особым сахаром. Так организм предохраняется от обезвоживания, то есть сохраняет живой каждую клетку из примерно 40 тысяч. Ведь лучшая защита от обезвоживания — отсутствие нужды в воде. Она, как известно, при падении температуры ниже 0 °C обращается льдом, увеличивается в объеме, и кристаллы разрывают изнутри тело. В-третьих, в организме тихоходок вырабатываются белки, способствующие быстрому замораживанию. Скорость этого процесса препятствует росту крупных ледяных кристаллов в еще не потерявшем воду организме, а мелкие — не повредят.
Конечно, 120 лет блаженного бездействия, на которое способны тихоходки, — это не сотни тысяч лет водорослевого или бактериального «сна». Но наверное, многие не отказались бы и от такой возможности перескочить из одного времени в другое.
Основные процессы, обеспечивающие тихоходкам долгий и здоровый сон в ледяном гробу, свойственны многим многоклеточным (личинки насекомых, моллюски, рыбы, одна из которых так и называется «ледяная»), вынужденным выживать в заполярных и приближенных к ним условиях. Главное — вовремя выработать антифризы и вывести лишнюю воду из клеток. В межклеточном пространстве острые ледяные кристаллы не так опасны. Так, в теле мидий при -20 °C замерзает 70 процентов воды, но так как эта жидкость заблаговременно оказывается между клеток, ничего страшного с двустворками не случается. Существенно понижают температуру замерзания воды глюкоза, аминокислоты и соли (например, обычный в крови хлористый натрий), но лучшими антифризами служат многоатомные спирты (глицерин и сорбит), а также особые белки-антифризы, направляющие рост ледяных кристаллов так, чтобы они не разрушали живые клетки.
До полномасштабных экспериментов с людьми очень и очень далеко. А как же знаменитые (и недешевые) американские криогенные саркофаги? Ведь даже журнал «New Scientist» объявил конкурс, победитель которого будет посмертно заморожен до лучших времен в Крионном институте Мичигана, что стоит 28 тысяч долларов США. Хранение в жидком азоте при температуре -196 °C действительно препятствует разложению, но к акту воскрешения после этого, отнесенному в отдаленное будущее, многие ученые относятся скептически. Поэтому лучше воспользоваться альтернативной премией «New Scientist»: прожить неделю на Гавайях сейчас, а не откладывать ее на «послесмертие». Тем более что из американских криогенных колумбариев просачиваются сведения о перебоях в работе холодильников. Им-то никто столетнюю гарантию не давал.
Реальные достижения по продлению жизни с помощью замораживания выглядят поскромнее. Так, у крыс и с меньшим положительным результатом у овец удалось вырезать яичники, заморозить их на время хемотерапевтического лечения организма, вживить снова и добиться нормального функционирования. Эксперименты с овцами особенно важны, поскольку их репродуктивные органы по размерам близки к человеческим. Есть надежда, что так можно будет подлечить больных раком, без опасения нанести непоправимый вред их возможному потомству. А если обратиться к тихоходкам? Кунихиро Секи смог выделить из них тот самый сахар-антифриз и с его помощью на десять дней заморозил и затем «воскресил» крысиное сердце. Значит, в перспективе можно значительно увеличить сроки хранения донорских органов и продлить многие человеческие жизни.
Вообще-то мы выросли в тепличных условиях. Археи, вероятно поучаствовавшие в создании эукариотной клетки (из которых состоят все живые организмы, кроме бактерий и самих архей), — обитатели горячих источников; гены альфа-протеобактерий, превратившихся в митохондрии, отвечают за синтез белков, устойчивых при высоких температурах. Даже некоторые цианобактерии, живущие фотосинтезом, предпочитают теплые местечки: например, Synechococcus растет в горячих источниках Хантер (штат Орегон) тем быстрее, чем сильнее нагревается вода, вплоть до 60 °C (а другие — и до 73 °C). Белки, даже самых холоднокровных организмов не распадаются при нагревании до температуры 60–65 °C, что опять же указывает на теплые условия, в которых появились и существовали первые эукариоты. Температура архейских и раннепротерозойских морей по оценкам геохимиков, использовавших данные по изотопии кремния и кислорода (последний анализировался только из включений первичной морской воды в кристаллах соли), как раз достигала таких величин: от 50 до 90 °C. Даже в эдиакарском периоде, которым заканчивалась протерозойская эра, температура мелководных морей доходила до 40 °C. Да и за последние 600 миллионов лет существования морской и наземной биоты новые виды и целые группы организмов в подавляющем большинстве возникали в тропическом поясе, даже в самые теплые времена, и лишь потом мигрировали к полюсам. И происходило это не от хорошей жизни, а под давлением обстоятельств — хищников, паразитов и конкурентов.
