Владимир Фурсов - Жизнь и ее проявления

Единство высшей и низшей нервной деятельности обусловливает приспособленность организма к условиям внешней среды, сохраняет жизнь особи. «Живой организм представляет крайне сложную систему, составленную из почти бесконечного ряда частей, связанных как друг с другом, так и в виде единого комплекса с окружающей средой», — утверждает И. П. Павлов [3] И. П. Павлов . Полное собрание сочинений, т. 11, кн. 2, стр. 274. .

Живые существа находятся в определенных условиях, или среде обитания, которая воздействует на них и в то же время сама изменяется в результате жизнедеятельности организмов. Этот сложный и грандиозный процесс в природе раскрыл и изучил советский ученый В. И. Вернадский (1863–1945 гг.). Область жизни живых организмов он назвал биосферой, которая имеет весьма обширные границы на земле и в атмосфере. Под действием живых организмов происходят круговорот химических элементов и существенные изменения в биосфере.

Взаимоотношения организмов со средой их обитания изучает наука экология. В среде обитания могут быть различные факторы: абиотические (а — отрицание не, биос — жизнь, то есть неживые) — это физикохимические условия и биотические — взаимоотношения между организмами.

Рассмотрим важнейшие абиотические условия жизни. Все биохимические и физиологические процессы в любом организме могут осуществляться только при определенных температурных условиях. У большинства организмов жизнедеятельность протоплазмы возможна в пределах от —4 до +40–45°. При более высоких температурах начинается разложение ферментов и других белковых соединений, вызывающее смерть. Однако в природе существуют исключительно устойчивые организмы. Некоторые животные и водоросли живут в горячих источниках при +90°. В горячих источниках при +81° найдены круглые черви — нематоды, личинки мух — при +69° и др.

В Анатолии (Турция) австрийский зоолог Швейгер обнаружил свободно плавающих рыб в горячих серных источниках, температура которых доходит до +41°.

Другие организмы, напротив, приспособились к очень низким температурам, к жизни в наиболее холодных районах нашей планеты. Так, в районе полюса холода северного полушария — в Верхоянске насчитывают до двухсот видов растений. Антарктический материк почти совершенно безжизнен: здесь не хватает тепла, нет почвы и сплошные массы вечного льда покрывают материк. Но на участках, обнаженных ото льда (оазисах), найдено несколько десятков видов беспозвоночных животных и низших растений. Они живут здесь, несмотря на то, что минимальные температуры достигают —80° и ниже.

Устойчивость организмов к очень высоким или низким температурам повышается при снижении воды в их протоплазме, что приводит к снижению активности обмена веществ. Длительный и глубокий покой у организмов наступает при снижении содержания воды в клетках протоплазмы. В таком состоянии организмы бывают очень устойчивы к резким изменениям температуры. Так, колорадские жуки во время диапаузы (период покоя, остановки развития у насекомых) выносят в течение часа температуру +58°.

У микроорганизмов в состоянии покоя (цисты, споры) количество воды уменьшается очень резко, протоплазма становится вязкой, она не свертывается и не погибает при температурах кипения воды, а иногда и при +130–150° (под давлением).

Долгое время думали, что многие животные, в том числе и позвоночные (рыбы, лягушки), зимой промерзают, а весной вновь оживают. Впоследствии выяснилось, что это не так: кристаллы льда в протоплазме клеток высокоорганизованного животного нарушают структуру клетки и организм погибает. Но если клетка теряет воду, устойчивость ее к холоду повышается. Без воды клетки и ткани не замерзают. Например, некоторые относительно примитивные животные (коло-воротки, тихоходки, нематоды) в высушенном состоянии способны выносить охлаждение вплоть до температур, близких к абсолютному нулю. Такой же выносливостью обладают споры и семена растений.

Глубокое снижение всех процессов жизнедеятельности у живых организмов называется анабиозом, или скрытой жизнью. Организмы в состоянии анабиоза внешне не проявляют никаких признаков жизни. При этом дыхание и другие обменные процессы настолько снижены, что их не удается уловить с помощью специальных чувствительных приборов. Переход живого организма в состояние анабиоза связан прежде всего с потерей воды. Простейшие в таком состоянии сохраняют способность возвращаться к активной жизни даже после шестилетнего периода покоя.

Феноменальными свойствами анабиоза обладают тихоходки (мелкие многоклеточные животные). Длина их тела обычно не превышает 0,5 мм. Они очень просто устроены, не имеют кровеносной системы. В 1948 году итальянка Францеччи провела следующий опыт: намочила мох, засушенный в 1828 году и сохранившийся в гербарии Ботанического института в городе Турине; и вот в этом стодвадцатилетнем мху обнаружили… ожившую тихоходку. Засушенные тихоходки способны переносить в течение нескольких минут высокие температуры (+ 110–120°). Могут просуществовать в анабиозе в течение нескольких месяцев в запаянных стеклянных трубках, наполненных чистым водородом, неоном, аргоном, азотом, сероводородом и другими ядовитыми газами. Эти насекомые, высушенные в безвоздушном пространстве, способны переносить температуры, близкие к абсолютному нулю, и другие крайне неблагоприятные условия.

Длительное состояние анабиоза способны переносить семена и споры растений. Например, плодики лотоса, хранившиеся в музее в сухом месте более ста лет, при посеве дали почти стопроцентную всхожесть.

Немногим более двадцати лет назад учеными было обнаружено весьма интересное явление. При быстром погружении живой ткани или микроорганизмов в жидкий воздух (около —190°) они мгновенно замерзают, но после оттаивания остаются живыми. Оказалось, что при очень быстром охлаждении вода не кристаллизуется и застывает, как стекло. Переход воды протоплазмы клеток в стеклообразное, а не кристаллическое твердое состояние называется витрификацией. Этот процесс удается осуществить только с микроскопически малыми биологическими объектами.

Многочисленные опыты с насекомыми и другими беспозвоночными, а также с холоднокровными позвоночными (рыбы, амфибии) показали, что и эти животные оказались способными возвращаться к жизни после пребывания при температуре ниже нуля, например при —10, —14° и более низких температурах. Гусеницы кукурузного мотылька, зимующие в стеблях травянистых растений, при —30° нередко замерзают настолько, что становятся совершенно твердыми и сохраняются в течение многих лет; после оттаивания они продолжают жить. В специально поставленных опытах эти гусеницы «оживали» после суточного пребывания в температуре —78° в замерзшем, твердом, как стекло, состоянии. Однако возвращение этих животных к жизни после пребывания в отрицательных температурах возможно лишь в тех случаях, когда во время охлаждения их тканевые жидкости в жизненно важных органах находились в жидком переохлажденном состоянии. Когда же тканевые жидкости замерзают и кристаллики льда нарушают внутриклеточные структуры, при оттаивании неизбежно наступает смерть.