Анабиоз (лат. anabiosis от др.-греч. ἀναβίωσις «оживление», ἀνά «вновь» и βίος «жизнь») состояние организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) временно прекращаются или настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении некоторых условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.) у организмов, стоящих на разных ступенях развития; при наступлении благоприятных условий происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов оживление. Таким образом, анабиоз биологическое приспособление организма к неблагоприятным внешним условиям, выработанное в процессе эволюции.
В случае обезвоживания организма протоплазма клеток (живой белок) из состояния гидрозоля (жидкого холодца) переходит в состояние гидрогеля (наподобие сухого желатина) и длительное время сохраняет возможность обратного перехода при наступлении благоприятных условий внешней среды. Как только складываются такие условия, протоплазма вбирает в себя воду набухает, что ведет к восстановлению жизненных процессов.
Почему в природе многие животные и растительные организмы впадают в различные состояния анабиоза?
Зимний сезон неблагоприятен для многих представителей мира животных и растений как по причине низкой температуры, так и из-за резкого сокращения возможностей добывать пищу. В ходе эволюционного развития многие виды животных и растений приобрели своеобразные приспособительные механизмы, чтобы выжить в неблагоприятное время года. У одних видов животных возник и утвердился инстинкт создавать запасы пищи, у других выработалось иное приспособление миграция. Известны поразительно дальние перелеты многих видов птиц, миграции некоторых видов рыб и других представителей животного мира. Однако в процессе эволюции у многих видов животных замечен и другой совершенный физиологический механизм приспособления способность впадать в безжизненное, на первый взгляд, состояние, которое у различных видов проявляется по-разному и имеет разные наименования (анабиоз, гибернация, гипотермия и др.). Между тем все эти состояния характеризуются заторможенностью функции жизнедеятельности организма до того минимума, который позволяет ему пережить неблагоприятные зимние условия без приема пищи и воды. В подобное состояние мнимой смерти впадают те виды животных, которые неспособны обеспечить себя пищей зимой, для них существует опасность гибели от холода и голода. И все эти механизмы, выработанные в процессе эволюции, подчинены строгой природной целесообразности необходимости сохранить вид.
Зимняя спячка широко распространенное явление в природе, несмотря на то что ее проявления различны у представителей отдельных групп животных, будь то животные с непостоянной температурой тела (пойкилотермные), называемые еще и холоднокровными, у которых температура тела зависит от окружающей температуры, или животные с постоянной температурой, называемые теплокровными. Из числа животных с непостоянной температурой тела в состояние зимней спячки впадают различные виды моллюсков, ракообразных, паукообразных, насекомых, рыб, земноводных и пресмыкающихся, а из животных с постоянной температурой тела несколько видов птиц и многие виды млекопитающих. В этой главе я постарался собрать наиболее интересные факты об этом явлении в природе: как живые существа приспосабливаются к неблагоприятным условиям и какие защитные механизмы они при этом используют. Итак, заглянем в «бюро патентов» природы.
Зимняя спячка земноводных
Холодная кровь не греет
Кому не дано поддерживать температуру тела, зимой остается одно замереть, заснуть, оцепенеть, чтоб переждать неблагоприятные условия жизни. Так и поступают все холоднокровные: моллюски, ракообразные, пауки, насекомые, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся. При наступлении зимы они впадают в спячку, именуемую холодовым оцепенением. Самое большое, на что они способны, позаботиться об убежище, где температура не опускалась бы ниже 0 °С. В противном случае клетки тканей необратимо травмируются образующимися при замерзании кристаллами льда. Раки, совершенно не ведая, какую бурную реакцию у людей вызывают их мирные зимние лежбища, зарываются в ил на дне водоемов. Самцы обычно зимуют группами в глубоких ямах на дне, а самки поодиночке в норках. Правда, одиночеством это не назовешь, потому что к своим коротким ножкам самки приклеивают от 50 до 500 штук оплодотворенных яиц, из которых в начале лета вылупляются рачки величиной с муравья. Если ил промерзает, раки не гибнут и при оттаивании оживают. Не боятся они и длительного пребывания без воды, постепенно заменяя ее в жабрах на воздух с характерным звуком (вот почему говорят, что вынутые из воды раки шепчутся, словно прощаясь друг с другом). Там же, в иле, проводят зиму водяные улитки-прудовики. Сухопутные улитки после накопления необходимых питательных веществ выкапывают норки, где сразу несколько зимовщиков могли бы вместе «вздремнуть» глубоко под землей при температуре 78 °С. Хорошо закупорив убежище, они спускаются на дно и залегают отверстием раковины вверх, которая, впрочем, тоже затягивается слизистым веществом. При значительном похолодании улитки зарываются еще глубже, образуя новые пленки и воздушные камеры, играющие роль прекрасного изолятора. Все обменные процессы резко, в течение месяца, затухают, чтобы достигнуть того минимума, при котором животное впадает почти в состояние анабиоза с едва уловимыми жизненными функциями. И так с октября до начала апреля.
Насекомых наступление зимнего сезона застает на разных стадиях их развития: в виде яиц, личинок, куколок или уже взрослыми. Каждый вид выработал свой подход к зимовке то, на какой стадии лучше «отоспаться». Например, божья коровка и малярийный комар зимуют только во взрослом состоянии, а тля в яичной скорлупе. Но есть и такие, для которых любые формы для спячки хороши. Вот хотя бы домашние мухи: они зимуют и в форме личинок, и в виде куколок (в теплых навозных кучах), и во взрослом состоянии. Продолжительность сна тоже разная: бабочка павлиний глаз пребывает в состоянии анабиоза пять с половиной месяцев при температуре около 6 °С, а тутовому шелкопряду необходимо на месяц больше при 8,6 °С.
Еще с появлением первых признаков похолодания насекомые находят удобные убежища под камнями, корой деревьев, опавшей листвой, в почве, где после снегопада сохраняется умеренно низкая и равномерная температура. При 0 °С обмен веществ у них сильно замедляется: дыхание подавляется, скорость окислительных процессов уменьшается в 1015 раз. Чтобы пережить такое, зимовке предшествует определенная подготовка: аккумулируются запасы жира (они составляют до 18% от массы тела), организм как можно больше обезвоживается (у личинки галлицы содержание воды падает с 65 до 20%). Некоторые виды насекомых способны переносить очень низкие температуры, как, например, гусеницы лугового мотылька, которые сохраняют искру жизни до 30 °С! Но это скорее исключение, и далеко не каждому такое по плечу. Пчелы, например, не впадают в продолжительную спячку, их запасы накопленного жира не превышают 1,52%. Но все же при температуре от 0 до 6 °С приходят в оцепенение и в этом состоянии могут находиться семь-восемь дней. При более низкой температуре они погибают. К несчастью, многих низших животных природа не снабдила отслеживающим механизмом, и при неудачном выборе места зимовки оцепенение нередко переходит в свое логическое продолжение.
Странности черной рыбы
Своеобразно реагируют на внезапное понижение температуры воды некоторые виды рыб они впадают в шоковое состояние. После краткой фазы возбуждения перестают дышать, плавать и выглядят как мертвые. Достаточно, правда, чтобы вода потеплела, и они быстро оживают. Губительно для рыб охлаждение, приводящее к образованию в крови и тканях кристалликов льда, повреждающих стенки кровеносных сосудов. Вернуться к жизни они могут лишь в том случае, если замораживание распространилось только на поверхностные ткани. При этом рыба некоторое время живет за счет запасов кислорода в плавательном пузыре (предположение о том, что замерзшие рыбы дышат жабрами, оказалось несостоятельным).
Одна из самых приспособленных к холоду рыб так называемая черная рыба (даллия), которая обитает в реках, озерах и торфяных болотах Чукотки и Аляски. Суровый климат позволяет ей оживляться лишь на короткий летний период, который она использует для размножения. В остальное время года рыбы зарываются и вмерзают в ил. Если температура жидкостей в теле не падает ниже 0,3 °С, то при медленном размораживании они оживают. Если же кровь замерзает рыбы погибают. Местное население использует эту рыбу как корм для собак. Рассказывают, что если собака проглотит замороженную рыбу целиком, то вскоре после этого она в желудке размораживается и начинает сильно раздражать его стенки. В таких случаях собака обычно отрыгивает рыбу, и если та попадает в воду, то тут же невозмутимо уплывает.
Из пресноводных рыб еще в ноябре в зимнюю спячку впадают карп, ерш, окунь, сом и другие. Когда температура воды падает ниже 810 °С, эти рыбы переходят в более глубокие части водоема, в так называемые зимовочные ямы, зарываются большими группами в ил и остаются в состоянии оцепенения на протяжении всей зимы. В это время у карпа сердцебиение замедляется: до двух-трех ударов в минуту вместо нормальных 2530, а дыхание до трех-четырех вздохов в минуту. Интересное приспособление имеется у осетра, стерляди и белуги: их тело при наступлении сильных холодов обволакивается слизью, предохраняющей от неблагоприятного воздействия окружающей среды, и они впадают в зимнюю спячку. Некоторые виды растительноядных рыб (белый амур, толстолобик) тоже зимуют группами, покрытые толстым слоем слизи. Часть морских рыб также переносит сильные холода в сонном состоянии. Сельдь уже осенью приближается к побережью Ледовитого океана, чтобы заснуть на дне какого-нибудь небольшого заливчика. Даже черноморская хамса перемещается к южным районам берегам Грузии и соседнему берегу Малой Азии, в это время рыба слабоактивна и пищу не употребляет.
Углозуб из вечных льдов
Земноводные к зиме готовятся заранее, еще летом накапливая запасы питательных веществ. А осенью при понижении дневной температуры до 812 °С, а ночной до 35 °С отправляются к местам будущей зимовки, преодолевая иногда несколько километров. Одна часть из них зимует под водой, другая на суше. Под водой зимуют озерная, травяная, прыткая, длинноногая лягушки. Собираются группами по 1020 особей (иногда до ста) различного пола и возраста, а иногда и различного вида, и зарываются в ил или подводные впадины. При такой групповой зимовке уровень обмена веществ у лягушек почти на 40% ниже, чем у зимующих в одиночку. Во время зимней спячки лягушки дышат только через кожу, пульс замедляется, но все же, хотя и исключительно медленно, земноводные растут, а их половые клетки созревают. Причем сон у них неглубокий, и при неблагоприятных условиях они могут переместиться в другое место в том же водоеме. Главное, чтобы это произошло вовремя, ведь самая значительная опасность для них таится в недостатке кислорода. При очень суровых зимах случается даже массовая гибель земноводных, особенно когда водоемы, в которых они зимуют, промерзают до самого дна. Поэтому они предпочитают быстротекущие реки и ручьи, протоки, каналы и озера с вливающимися в них реками, т. е. выбирают водоемы, богатые кислородом. В период зимней спячки у земноводных резко увеличивается диаметр кровеносных сосудов в коже, через которую они дышат.
На суше проводят зиму зеленая и серая жабы, обыкновенная квакша, чесночницы, желтобрюхая жерлянка, саламандры. Они зимуют большими группами у подножий обрывов, в расщелинах скал и между корнями деревьев, в норах, вырытых другими животными, под толстым слоем листьев и мха. Некоторые виды способны даже зарываться в землю.
Тритоны разных видов зимуют и на суше, и под водой. Первые обычно устраиваются под прогнившими пнями и стволами упавших деревьев, а если не находят таких удобных квартир, то удовлетворяются трещинами в почве. Особый интерес представляют сибирские тритоны углозубы, обитающие на огромной территории от Камчатки и Сахалина до Урала. Это единственное хвостатое земноводное к северу от Полярного круга. Даже при 0 °С оно еще может двигаться, а некоторые отдельные особи углозуба переносят охлаждение (естественно, в состоянии оцепенения) до 37 °С. Геологи и строители находили тритонов, вмерзших в выкопанные ледяные блоки. Нередко случалось, что оттаявшие и выпущенные в подогретую воду тритоны оживали, поедали предложенную им пищу: мух, пауков, аквариумных рыбок. В 1956 году горнопроходческая бригада в Магаданской области нашла на 14-метровой глубине тритона. Когда люди вернулись в палатку и затопили печку, замерзшее животное постепенно оттаяло и зашевелилось. Его жизнь продолжалась целых 12 часов. Тогда же поторопились объявить это событие большой сенсацией: якобы найден ископаемый тритон, который, пробыв в состоянии анабиоза два миллиона лет, снова ожил. На самом деле тритон оказался не ископаемым, а современным. Но вопрос, какое время может продолжаться жизнь замерзших земноводных, остался предметом споров. Найденного в другой раз на Чукотке в куске вечного льда сибирского углозуба подвергли радиоизотопному исследованию. Киевские ученые пришли к выводу, что возраст его был в пределах от 75 до 105 лет, в то время как контрольные земноводные оказались во много раз моложе.
Практически все виды пресмыкающихся северных широт впадают зимой в спячку. В самых северных районах она продолжается семь-восемь месяцев. Южнее их спячка уже короче. Ящерицы зарываются в почву, устраивая себе норы на крутых сухих склонах, которым не угрожает наводнение. В хороший солнечный денек они пробуждаются на несколько часов, чтобы погреться на солнце и поохотиться, и снова прячутся, впадая в оцепенение. Сухопутные черепахи забираются на полметра в глубь почвы, в естественные укрытия или норы кротов, лисиц, грызунов, закрываясь торфом, мхом и влажными листьями. Бывает, что они просыпаются иногда на целую неделю. Болотные черепахи проводят зиму, зарывшись в ил водоемов. Змеи не любят холода. Даже летом, если поместить змею на несколько часов в холодильник, с ней можно обращаться как с куском веревки. Поэтому зимние квартиры змеи подбирают тщательно и облюбовывают надолго. Обычно это подземные пещеры и пустоты, образовавшиеся вокруг больших старых пней с гнилыми корнями, или щели в скалах. В таких укрытиях собирается большое число змей даже различных видов, образуя огромные клубки. В них иногда насчитывается от нескольких десятков до сотен змей, что и привело к ошибочному мнению, будто змеи собираются в клубки, чтобы согреться. Между тем температура змей в период зимней спячки почти не отличается от температуры окружающей среды, а собираются они вместе просто от нехватки подходящих убежищ некоторые «общежития» используются десятилетиями.