На грани возможного: Наука выживания

Однако переохлаждение тоже опасно. Если температура упадет ниже пределов переохлаждения, ткани промерзнут моментально, и тогда возможен смертельный исход. Мгновенному замерзанию способствуют кристаллы льда, распространяющиеся по покрову, или контакт с льдообразующим агентом, вокруг которого, как вокруг ядра, формируется кристалл льда (так бывает при наличии повреждений на покрове). Некоторые мотыльки и бабочки заворачиваются в шелковый кокон, защищающий их покровы от непосредственного соприкосновения со льдом.

Другие животные придерживаются прямо противоположной стратегии и на зиму промерзают насквозь. Волосатая гусеница Cynaephora groenlandica, обитающая в высоких арктических широтах, проводит большую часть года (около десяти месяцев) в ледяных тисках при температуре –50° С или ниже. Не менее интересно поведение сибирского углозуба Salamandrella keyserligii. Эта амфибия водится за Северным полярным кругом, в условиях вечной мерзлоты, где в теплое время года оттаивают лишь несколько верхних метров почвы. Во время короткого полярного лета взрослые углозубы ведут активный образ жизни и откладывают икру в мелких озерцах и болотцах, разбросанных по тундре. Зимуют они в моховых подушках по берегам, где температура может опускаться до –35° С. Вмерзших в лед углозубов находили на глубине 14 м под землей. Когда же приходит весна и тундра оттаивает, углозубы просто размораживаются, просыпаются и выбегают наружу. Свежевылупившиеся расписные черепахи, подвязочные змеи и многие виды лягушек тоже вмерзают на зиму в лед. Зоологи, исследующие, как им это удается, вынуждены хранить свои образцы в морозилке.

Для того чтобы клетка пережила заморозку, кристаллы льда должны быть как можно меньше, тогда они не повреждают мембрану. Достигается их минимизация с помощью особых белков, которые служат льдообразующими агентами. Эти белки синтезируются в клетках в период осеннего понижения температуры. Льдообразующий агент начинает образование льда, создавая тысячи мельчайших кристалликов в межклеточной жидкости. Со временем мелкие кристаллы срастаются, образуя более крупные, как легко увидеть в домашних условиях на примере мороженого, которое долгое время пролежало в морозилке. Чтобы этого не произошло, в игру вступает другой белок, антифриз, стабилизирующий мелкие и безобидные кристаллики льда, предотвращая их разрастание. Таким образом, промерзание идет медленно и контролируемо, позволяя клетке постепенно приспосабливаться.

Вторая трудность, которую приходится преодолевать животным, промерзающим целиком, – это обезвоживание и съеживание клеток при замерзании межклеточной жидкости. Оно чревато денатурацией клеточной мембраны и повреждением клеточного белка, а замерзание более 65 % жидкости организма ведет к летальному исходу. Изменений в клеточном объеме морозостойкие животные избегают, повышая уровень сахара или аминокислот в клетках. Эти криопротекторы снижают образование льда и потерю клеточной жидкости, а также стабилизируют мембрану, позволяя ей выдерживать большую степень съеживания без повреждений. В число криопротекторов входит и глицерин, и сахар – например, трегалоза (у насекомых) или глюкоза (у лягушек).

Размораживание, как и заморозка, тоже не пускается на самотек. Например, когда оттаивают перезимовавшие во льду лягушки, сперва размораживается сердце, что обеспечивает восстановление самых необходимых жизненных функций и ускоряет процесс размораживания, разгоняя теплую кровь по телу.

Анабиоз

Новейшие технологии позволяют сравнительно легко охлаждать клетки и ткани млекопитающих до весьма низких температур. Термин «криоконсервация» происходит от греческого kryos – ледяной холод. При низкой температуре метаболические процессы в клетках настолько замедляются, что организм впадает в состояние анабиоза, и клетки сохраняются гораздо дольше, чем позволяет их естественная продолжительность жизни. Чем ниже температура, тем медленнее метаболизм, а значит, дольше можно сохранить клетки. Для того чтобы не допустить обезвоживания или формирования кристаллов льда, скорость замерзания и размораживания должна строго контролироваться, и в раствор, в котором хранятся клетки, необходимо добавлять криопротекторы. Обычно используется глицерин, поскольку он препятствует превращению воды в лед даже при температуре жидкого азота.