Веселин Денков - На грани жизни

Но как перезимовать озимым культурам и древесным видам растений, которые подвержены непосредственному воздействию холодов? Установлено, что еще с осени растения начинают готовиться к зимовке под воздействием понижения температуры и главным образом сокращения продолжительности светового дня, причем древесные виды завершают свой активный рост и готовятся к переходу в состояние покоя. Подготовка растений выражается в понижении обмена веществ и процесса дыхания и в усилении фотосинтеза, что приводит к накоплению запасов питательных веществ — углеводов, белков, жиров, минеральных солей и др. Некоторые из этих веществ повышают густоту сока в клетках и тем самым понижают его точку замерзания (например, клеточный сок, отцеженный из некоторых растений, замерзал лишь при температуре от -5 до -10 °C).

По мнению ряда ученых, растения проходят через две фазы подготовки к состоянию покоя. Во время первой фазы рост прекращается, резко уменьшается интенсивность всех физиологических и биохимических процессов, а листопадные виды (широколиственные деревья) теряют листья. Вторая фаза начинается с первыми холодами (от -4 до -5 °C), когда растение теряет значительное количество воды (обезвоживание клеток) и наступают глубокие физико-химические процессы — изменяются коллоиды, которые становятся более устойчивыми к коагуляции. В результате растения становятся более холодостойкими, и эта устойчивость возрастает в течение суровой зимы. В это время организм растения переходит в состояние глубокого покоя. Неподготовленные к зимовке замерзшие растения погибают потому, что образовавшийся лед в их межклеточных пространствах повреждает цитоплазму. Но зимой этого не происходит, так как клетки растительных тканей связаны между собой особыми цитоплазматическими мостиками, называемыми плазмодесмами, они переходят сквозь поры из одной клетки в другую. При переходе растения в состояние глубокого покоя плазмодесмы втягиваются внутрь клеток и цитоплазма теряет связь с оболочкой (изолируется). На ее поверхности у древесных видов накапливаются жировые вещества. Благодаря процессу изоляции цитоплазмы кристаллики льда, возникающие в межклеточных пространствах, уже не оказывают давления на цитоплазму и не повреждают ее. Внутри клеток у закаленных растений лед образуется при значительно более низких температурах. Однако при очень суровых зимах озимые культуры и плодовые деревья и кустарники все же частично погибают. Вот почему ученые-селекционеры трудятся над созданием морозоустойчивых сортов плодовых и озимых культур. Установлено, например, что для некоторых растений (помидор, огурец, перец, хлопчатник и др.), которые повреждаются не только низкими минусовыми температурами, но и низкими плюсовыми температурами, для повышения их морозоустойчивости необходимо предпосевное закаливание семян переменной температурой (сначала +12 °C, а затем -3 °C) на протяжении нескольких дней. Закаленные таким образом растения становятся морозоустойчивыми и лучше переносят низкие плюсовые температуры и даже весенние утренние заморозки, а также повышают свою продуктивность.

Весной, с увеличением длительности светового дня и потеплением, растения выходят из состояния покоя, в результате чего их морозоустойчивость значительно понижается. В этот период опасность замерзания при внезапном похолодании или выпадении снега велика.

Устойчивость видов микроорганизмов и растений к воздействию неблагоприятных внешних факторов (высокие и низкие температуры, засухи и др.), при которых они впадают в состояние покоя или анабиоза, следует рассматривать как защитное приспособление, выработанное в течение длительного эволюционного процесса.

В последние десятилетия в хирургической практике все чаще стали применять (различные виды трансплантации (пересадок) для замены больных тканей у человека (кровеносных сосудов, крови, костного мозга, кожи, роговицы глаза, кости и др.) и даже целых органов (почек, поджелудочной железы, селезенки, печени, сердца и др.). Для того чтобы в нужный момент обеспечить необходимые ткани или органы, сначала рассчитывали на людей-доноров (дающих кровь или костный мозг), а чаще уповали на случай: вдруг окажется под рукой внезапно скончавшийся в результате катастрофы человек, у которого можно взять необходимые здоровые органы. Но на такие случаи трудно рассчитывать. Бесспорно, значительно удобнее и практичнее иметь в наличии для неотложной пересадки хранящиеся в течение известного периода времени необходимые ткани или органы. Это заставило ученых вспомнить о патентах природы — способности многих видов организмов впадать в анабиотическое состояние.

В этом отношении первые успехи были достигнуты довольно давно, при сохранении в течение длительного времени при низкой температуре мужских половых клеток (сперматозоидов), с целью использовать их для искусственного осеменения сельскохозяйственных животных, а ныне это применяется и в повседневной практике медицины (на этих интересных проблемах мы остановимся в следующих главах).

В 1951 г. профессор Б. Лайет сообщил, что ему удалось заморозить, кроме сперматозоидов, еще и ряд других биологических объектов. Наибольший интерес представляют его опыты по замораживанию при температуре -150 °C красных клеток крови (эритроцитов) и сердца зародыша цыпленка. При быстром замораживании и быстром размораживании ученому удалось сохранить до 75 % эритроцитов. В результате мгновенного воздействия при температуре -150 °C на сердце зародыша цыпленка и последовавшего затем размораживания при температуре +40 °C было установлено, что сердечная деятельность постепенно восстанавливается.

В 1958 г. французскому ученому Луи Рею удалось с помощью жидкого азота заморозить сердце зародыша цыпленка до -196 °C, причем перед этим его помещали в глицерин. Через некоторое время сердце стали согревать, и при температуре 37 °C оно начало сокращаться.

За последние десятилетия в клинической практике резко возросла потребность в донорской крови. Во многих странах мира созданы специальные центры, откуда можно в любое время получить кровь нужной группы крови и в необходимом количестве. Но сохранить жизнеспособность крови — дело совсем непростое. Уже к концу первой недели кровь доноров портится, даже если ее сохраняют в холодильнике. Тогда ученые решили прибегнуть к помощи глубокого замораживания. На сравнительно просто устроенных безъядерных клетках крови — эритроцитах, как на модели, изучались процессы, происходящие при замораживании и размораживании. Выяснилось, что не все эритроциты остаются живыми после размораживания. Оказалось, что у них есть смертельные враги — кристаллики льда, образующиеся при температуре от -3 °C до — 40 °C, из-за которых клетки крови повреждаются и становятся биологически неполноценными.