На грани возможного: Наука выживания

Сильный холод, в отличие от жары, многие животные, в том числе и человек, переносят нормально. Адаптационные возможности, позволяющие им это делать, описаны в главе 4. Здесь же мы остановим внимание на экстремофилах – организмах, обитающих практически в морозилке и способных переживать замерзание.

Холод как таковой белку не вредит, он просто замедляет скорость биохимических реакций. Соответственно, многие организмы перестают размножаться или даже расти (в самом строгом понимании слова) уже при температурах на несколько градусов ниже нуля. Метаболическая активность продолжается, хотя и менее интенсивно – в антарктических лишайниках она была отмечена даже при –27° С. При –80° С она, скорее всего, останавливается совсем, и тогда организм впадает в анабиоз. Многие клетки, в том числе и человеческие, можно в течение длительного времени хранить при температуре жидкого азота (–196° С). Нижний предел температуры, которую способны пережить охлажденные и затем отогретые клетки, неизвестен, однако, судя по всему, он лежит еще ниже. Тем не менее подвергать животных и отдельные клетки воздействию минусовых температур следует крайне осторожно, поскольку промерзание, в отличие от безобидного холода, может оказаться опасным.

Холодолюбивые организмы, обитающие в ледяной воде, называются психрофилами. Их находят в океанских глубинах, где температура держится на более или менее постоянной отметке 1–3° С, а также внутри ледяных полярных куполов и под ними. Даже в домашних холодильниках они устраиваются вполне вольготно. Целые колонии психрофилов населяют арктические льды, обитая в тонких прослойках незамерзшей воды в толще льда. Среди них насчитывается множество бактерий, архей, водорослей и диатомей – например, снежная водоросль Chlamydomonas nivalis, окрашивающая снег в нежно-розовый и ярко-зеленый, или бактерия Polaromonas vacuolata, отличающаяся пристрастием к температуре в 4° С и прекращающая размножение, если температура повышается до 12° С. Многоклеточные формы жизни в таких условиях тоже встречаются. Погрузившись на глубину 550 м в подводном аппарате, Чарльз Фишер обнаружил непонятное разноцветное грибовидное образование под два метра в диаметре, растущее со дна. Оно кишело червями примерно в два-три сантиметра длиной. При ближайшем рассмотрении непонятная конструкция оказалась застывшей метаново-ледяной глыбой (метан выделялся из расщелин в океанском дне), которая стала кормушкой для бактерий и архей, питающихся метаном, а те, в свою очередь, послужили пищей червям.

Глубоко под антарктическим куполом находится множество пресных озер, замерзанию которых препятствует геотермальный подогрев. Самое большое из них – озеро Восток, расположенное на глубине четырех километров от поверхности льда. Длина его, предположительно, около 200 км, ширина – 50 км, глубина – 500 м, то есть по площади это озеро сопоставимо с озером Онтарио, но в два раза превышает его по глубине. Ледяной панцирь над Антарктидой начал формироваться около 40 млн лет назад, поэтому любые формы жизни, обитающие в озере Восток, скорее всего, уже несколько миллионов лет отрезаны от мира. А значит, озеро – это своего рода капсула времени, сохранившая уникальные микроорганизмы, которые многое могут поведать об истории нашей планеты. Однако, несмотря на живейший интерес ученых к этим подледным озерам, все упирается в невозможность взять образцы воды, не привнеся в них чуждые формы жизни с поверхности. Именно из этих опасений программа по бурению ледяного купола в 1966 г. была остановлена, когда буру оставалось 150 м до проникновения в озеро Восток. Пути решения этой проблемы ищут до сих пор.

Холод – отличный консервант, поскольку значительно замедляет скорость биохимических реакций. В морозном сухом воздухе Антарктики запасы, оставленные в 1904 г. экспедицией капитана Скотта, остаются свежими и сегодня. Останки мамонтов, обнаруженные в арктических льдах, сохранились в целости, а мясо съедобно и более 30 000 лет спустя после их гибели. Эти замороженные ткани представляют собой ценнейший исторический и биологический материал. Своей сохранностью они обязаны тому, что бактерии, разлагающие мясо и продукты, попросту теряют способность расти при низких температурах из-за отсутствия воды.

Жизнь в морозильной камере

Любой садовод знает, как губителен для растений холод. От весенних заморозков гибнут побитые морозом бутоны и почки, а осенние превращают пышные клумбы в пожухшие коричневые кучи. Большинству животных мороз тоже не по нраву.