Крионика в Антарктиде: НАНОКРИОНИКА
Клатратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis — оживление) или сокр. клатобиоз — существование организмов и их частей в состоянии временного обратимого прекращения жизнедеятельности в результате выведения свободной (биологически активной) воды из биохимических взаимодействий в клетке[1] — путём образования клатратов.
История открытия[]
По результатам исследований выдающихся советских учёных Н. В. Лазарева[2], Б. А. Никитина[3] и целой плеяды их талантливых последователей из других стран (среди них и знаменитый американский учёный Л. К. Полинг), уже в 1960-е годы и сразу по всему миру многие естествоиспытатели, буквально один за другим или почти одновременно, стали выдвигать одну и туже оригинальную идею, что биологические объекты могут быть приведены к некоему анабиозу путём задействования при слабоположительных температурах и повышенном давлении некоторой части клеточной и межклеточной воды на образование гидратов тяжёлых инертных газов — аргона, криптона, ксенона.
В процессе проведения экспериментов у данных клатратообразующих веществ были обнаружены явные криопротекторные признаки — клеточные структуры под их защитой длительные сроки (до восьми дней) оставались неповреждёнными, что совершенно необычно для данного диапазона температур (самый же первый криопротектор, а им при этом стал уже хорошо известный глицерин, был открыт в 1912 году русским ботаником Н. А. Максимовым[4]).
Но как, оказалось, достичь подобного анабиоза даже при незначительных околонулевых положительных температурах не представлялось возможным, так как большая часть свободной (биологически активной) воды всё ещё пребывала в жидком состоянии и биохимические реакции из-за этого продолжались.
Несмотря на понимание проблемы, никто из исследователей не перешёл тогда к низкотемпературным экспериментированиям. Сформировалось твёрдое предубеждение, что если и станет возможным когда-нибудь применять при низких температурах криопротекторы нового типа, то только в паре с обычными.
Клатратный анабиоз («клатратный стазис») экспериментально обнаружен и теоретически обоснован в 1980-е годы в научно-исследовательской лаборатории В. В. Кованова. Было продемонстрировано, что данный вид анабиоза проявляет себя именно при низких температурах, а эффективность клатратной криоконсервации напрямую зависит от добавок к тяжёлым инертным газам ещё и метана.
Но есть основания полагать, что применение дозировок из так называемого «элегаза» (гексафторида серы) [5] сможет также благотворно влиять на эффективность данной криоконсервации.
Концепция клатратного анабиоза[]
Итак. В случае появления в клетке и вокруг неё клатратов, они сами, будучи зародышами льдообразования[6], становятся при температуре ниже нуля градусов инициаторами активной кристаллизации свободной воды, большая часть которой всё ещё остаётся внутри и снаружи незадействованной, даже по завершении полного клатратообразования. Причём, этот процесс идёт сразу по всему объёму охлаждаемого объекта, то есть без обычного в таком случае распространения от периферии к центру «фронта кристаллизации».
Кроме того, газовые гидраты — это абсолютно самостоятельный класс соединений (так называемые «соединения включения»)[7] и поэтому никаким льдом вообще не являются так как не относятся ни к одному из 11 типов льда[8], хотя внешне очень похожи.
Следовательно, клатобиоз никак не может быть причислен к уже известному так называемому «криоанабиозу»[1], при котором тотальная иммобилизация всей свободной воды в клетке без участия клатратов происходит лишь при −196 °C и только путём образования обычного льда (в виде кристаллов или в аморфном, стеклообразном состоянии).
Распространение в природе[]
По всей видимости, бактериям, попавшим в антарктический лёд (господствующие температуры от −55 до −57 градусов Цельсия) [9] и во все другие ледники Земли даже миллионы лет назад, помогли остаться в живых атмосферные газы, образовавшие в клетках клатраты [10].
В свете клатратного анабиоза находит объяснение известная гипотеза первичного осеменения Земли из космического пространства (так называемая «Панспермия»): клатраты различных газов могут существовать в полярных шапках Марса, кольцах Сатурна, кометах, астероидах и т. д.[8]
Ссылки[]
Примечания[]
- ↑ 1,0 1,1 Голдовский А. М. Анабиоз и его практическое значение — Л.: Наука, 1986. — 169 с.
- ↑ Лазарев Н. В. Биологическое действие газов под давлением. — Ленинград, 1941. — 935 с.
- ↑ Никитин Б. А. / Исследования в области молекулярных соединений благородных газов // Избранные труды. — Москва; Ленинград: Издательство АН СССР, 1956. — 344 с.
- ↑ Максимов Н. А. / О вымерзании и холодостойкости растений // Изв. Лесн. ин-та. 1913. — Т. 25. — С. 1-329.
- ↑ Манаков А. Ю. Клатратные гидраты при высоких давлениях – структура, состав, свойства: автореф. дис. на соиск. уч. степ. докт. хим. наук. – Новосибирск, 2007. – 32 с.
- ↑ Бык С. Ш., Макагон Ю. Ф., Фомина В. И. Газовые гидраты. — М.: Химия, 1980. — 296 с.
- ↑ Крамер Ф. Соединения включения. [Пер. с нем.] — Москва: Иностранная литература, 1958. — 169 с.
- ↑ 8,0 8,1 Маэно Н. Наука о льде. [Пер. с яп.] — М.: Мир, 1988. — 231 с.
- ↑ Абызов С.С., Бобин Н.П., Кудряшов Б.Б. / Микробиологические исследования ледниковой толщи Антарктики // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1979. — № 6. — С. 828-836.
- ↑ Тельпухов В.И., Щербаков П.В. / Клатратная криоконсервация // Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. 2012. – Т. 15. – № 3(42). – С. 77-80.