Состояние анабиоза. Высушивание и замерзание. Путешествие в глубокий космос

Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии , грибы , простейшие (образующие цисту). У многоклеточных организмов замедление жизнедеятельности и её почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития - семена , споры .

Мельчайшие организмы (например, эмбрионы до восьми клеток) могут быть криоконсервированы и потом восстановлены. Некоторые из них существуют в анабиозе до 13 лет.

Животные, впадающие в анабиоз, могут терять половину и даже три четверти заключённой в тканях воды. Анабиоз по сравнению с оцепенением и спячкой сопровождается более глубоким подавлением жизнедеятельности.

Явление анабиоза при высушивании и охлаждении используется для приготовления сухих живых вакцин , длительного хранения клеточных культур, консервирования тканей и органов.

Имеются данные о возможности введения млекопитающих в состояние анабиоза с помощью таких газов, как углекислый газ , аргон , сероводород и пр.

Эксперименты

Температурное индуцирование анабиоза

Понижение температуры вещества снижает химическую активность по уравнению Аррениуса . Это включает в себя такие жизненные процессы, как метаболизм .

Гипотермический диапазон

В июне 2005 года ученые Центра исследований проблем реаниматологии им. П. Сафара, Питтсбургского университета объявили о том, что им удалось погрузить собак в анабиоз и впоследствии вернуть их к жизни, практически без повреждений головного мозга . Для этого у животных была выкачана кровь и заменена инъекционным раствором, которым заполнили всю кровеносную систему для удержания живого организма в охлажденном состоянии. По окончанию трёх часов клинической смерти кровь была возвращена в кровеносную систему, а сердцебиение было восстановлено электрическим разрядом. После чего сердце начало процесс кровообращения в нормальном режиме. Таким образом животные были возвращены к жизни.

20 января 2006 года врачи Центральной больницы Бостона , штат Массачусетс , объявили о помещении свиней в анабиоз подобным методом. Свиньям была проведена анестезия и сымитирована кровопотеря с помощью скальпеля, как при тяжелых травмах (например, проколотая аорта , как это могло бы произойти в автокатастрофе или при огнестрельном ранении). После того, как свиньи потеряли приблизительно половину их крови, остающаяся кровь была заменена охлажденным физиологическим раствором . После того как температура тела достигла 10 ° C (50 ° F) поврежденные кровеносные сосуды были восстановлены, и кровь была возвращена. Этот метод был проверен 200 раз с 90%-м показателем успешности.

Криогенный диапазон

Это понятие носит теоретический характер и часто воспринимается неверно. Человек неспособен пережить анабиоз при криогенных (экстремально низких) температурах из-за повреждений в результате кристаллизации воды в организме. Пределы современной технологии и техники также недостаточны для предотвращения потери жизнеспособности клеток. Специалисты в области крионики работают над технологиями, принципиально отличающимися от парадигм анабиоза.

Для полноценной реализации анабиоза необходим надёжный метод для предотвращения повреждения клеток. Вследствие охлаждения и других физических ограничений в сочетании с токсичностью криопротектора , успешную витрификацию в лаборатории можно реализовать только для небольшого количества тканей. Также существует лишь ограниченные доказательства того, что это в принципе возможно, потому что только мельчайшие организмы могут быть подвергнуты безопасной заморозке и витрификации. Исследования по свободноживущей нематоде показали, что воспоминания могут быть восстановлены, и такие организмы могут пережить витрификацию приблизительно с 100%-ми показателями успешности.

Химическое индуцирование анабиоза

22 апреля 2005 года в научном журнале Science была опубликована статья, сообщающая об успешной симуляции гипотермического анабиоза у мышей. Полученные данные имеют большое значение, так как мыши не впадают в спячку в природе. Лаборатория Марка Б. Рота в Центре Исследований рака Фреда Хатчинсона в Сиэтле , штат Вашингтон , поместили мышей в камеру на 6 часов, наполненную смесью, в которой на миллион частиц воздуха приходилось 80 частиц сероводорода . Температура тела мышей снизилась до 13 ° C и обмен веществ замедлился в 10 раз, что определили по выработке углекислого газа и потреблению кислорода . Они также вызвали гипоксию на эмбрионах нематоды и эмбрионах рыбы Данио-рерио , погрузив их в многочасовой анабиоз с последующей реанимацией кислородом.

Центральная больница Массачусетса в Бостоне по тому же методу провела гибернацию мышей. Их сердечный ритм замедлили с 500 до 200 ударов в минуту, дыхание упало с 120 до 25 дыханий в минуту, а температура тела понизилась до 30 °C (естественный: 39 °C). После двух часов дыхания воздухом без сероводорода состояние мышей вернулось в норму. Необходимы дальнейшие исследования для понимания, оказывает ли газ разрушающее воздействие на мозг, принимая во внимание, что влияние сероводорода на организм подобно водородному цианиду ; это не замедляет скорость метаболизма, а скорее запрещает передачу энергии в клетке через АТФ.

Эксперименты на овцах под снотворным и на частично вентилируемых под наркозом свиньях не увенчались успехом. Предположительно, что в случае с крупными млекопитающими это может оказаться неосуществимым. Во всяком случае долгосрочный анабиоз не был реализован.

Анабиоз человека

Работы по анабиозу человека пока находятся в начальной стадии теоретических разработок и опытов над животными. Но первые успехи по погружению в анабиоз теплокровных животных, в частности, мышей , позволяют предполагать, что принципиальных препятствий для осуществления анабиоза человека не существует.

Погружение космонавтов в анабиоз было предложено как один из способов для длительного межзвёздного или межгалактического путешествия человечества. В таком случае отпадает необходимость в корабле поколений . Нужны лишь «смотрители», контролирующие наибольшую часть замороженного населения корабля. Это позволит значительно экономить ресурсы, необходимые для поддержания жизнедеятельности экипажа и пассажиров.

С 1970-х искусственно вызванная гипотермия была использована для некоторых кардиохирургических операций, как альтернатива аппаратам «искусственное сердце - лёгкие» . Однако охлаждение обеспечивало ограниченное количество времени для работы, и существовал риск повреждения тканей и головного мозга .

В настоящее время создано много научно-исследовательских проектов изучающих, как вызвать «искусственную спячку» в организме человека. Это погружение в состояние анабиоза будет также очень полезным по целому ряду причин, таких как спасение жизни тяжелобольных или травмированных людей. Состояние глубокой гипотермии поможет выиграть время при ожидании медицинской помощи.

Фактические примеры выживания людей, находящихся длительное время в состоянии гипотермии:

1999 год. Анна Бодженхолм , шведский радиолог , пробыла в ледяном озере подо льдом в течении 40 мин в состоянии гипотермии. Её температура тела снизилась до 13,7 °C (56.7 °F). После реанимационных мер пришла в себя практически без повреждений головного мозга.

См. также

Примечания

(неизв.) .
Longest frozen embryo baby born , BBC News (6 July 2005). Проверено 14 января 2009.
Triplets born 13 years apart , Times Online (6 July 2005). Проверено 24 января 2010.
Mihm, Stephen . Zombie Dogs , The New York Times (11 December 2005).
Alam HB, Rhee P, Honma K, Chen H, Ayuste EC, Lin T, Toruno K, Mehrani T, Engel C, Chen Z. (2006). “Does the rate of rewarming from profound hypothermic arrest influence the outcome in a swine model of lethal hemorrhage?”. J Trauma . Ncbi.nlm.nih.gov. 60 (1): 134-146. DOI :10.1097/01.ta.0000198469.95292.ec . PMID .
Doctors claim suspended animation success , The Sydney Morning Herald (20 January 2006). Проверено 10 октября 2006.
Left between life and death: First "suspended animation" trials set to begin in bid to buy time for stabbing and gunshot victims .
Cryonet 2008 Suspended Animation vs Cryonics
Fahy, Gregory M.; Wowk, Brian (2015). “Principles of Cryopreservation by Vitrification”. Methods in Molecular Biology . 1257 : 30-33. DOI :10.1007/978-1-4939-2193-5_2 . ISSN 1064-3745 .
Vita-More, Barranco. «Persistence of Long-Term Memory in Vitrified and Revived C. elegans.» Rejuvenation Research doi: 10.1089/rej.2014.1636

Термин «анабиоз» появился в 1873 году по предложению немецкого ученого Вильгельма Прейера, хотя само это явление у животных было открыто Левенгуком еще в 1701 году. Прейер изучал процессы временного прекращения жизнедеятельности различных живых организмов. Сам термин происходит от латинского слова anaboisis, что означает «оживление».

Долгое время это слово знали лишь ученые, но с развитием космонавтики и появлением возможности длительных космических перелетов фантасты ввели в свои произведения обязательный анабиоз. В самом деле – как можно достичь далеких звезд, не «усыпив» астронавта, чтобы потом его «разбудить».

На самом деле анабиоз очень сильно отличается от обычного сна. Если во сне жизненные процессы только слегка замедляются, то в условиях анабиоза они практически прекращаются. Сон – отдых для организма, когда часть органов отдыхает, в то время, как другие – активизируют свою работу. Так, например, мозг во сне очень активно работает, да и прочие органы тоже свою функцию выполняют.

В условиях анабиоза жизнь практически прекращается. Все процессы в организме замедляются почти до полной остановки. И это бывает не только в лабораториях, но и в реальной жизни. Природой предусмотрен анабиоз – как средство выживания в неблагоприятных условиях. Например, к нему часто прибегают микроорганизмы и бактерии. Жизнь в виде спор – это их основной образ жизни. Так они могут существовать десятки лет, хотя обычная, активная, продолжительность их жизни порой – минуты или часы. Стоит только спорам попасть в нормальные условия с подходящей влажностью, температурой и наличием пищи – и тут же спора оживает, превращаясь в активный, живой организм.

Если для микроорганизмов состояние анабиоза естественно, то для более сложных многоклеточных он малодоступен. Хотя есть множество животных, которые с успехом им пользуются. Например, рептилии и земноводные. Где проводят зиму лягушки? Они могут практически вмерзать в лед в полном смысле слова. Так они могут выживать в промерзающем до дна водоеме. Но стоит только пригреть солнцу и растаять льду, как лягушка легко оживает и, как ни в чем не бывало, отправляется по своим делам. Так же могут делать некоторые виды рыб. Давно известно, что карась может появиться в давно пересохшем водоеме, стоит ему заполниться водой. Откуда он там берется? Просто он переживает этот период, зарывшись глубоко в глинистое дно. И так он может ждать очень долго, находясь в анабиозе.

А как же человек? Ведь погружение в состояние анабиоза открыло бы множество возможностей. Это и далекие путешествия к другим планетам и звездам. Это и нашумевшая в свое время возможность «усыпления» неизлечимых больных до поры изобретения лекарства. Продление активной жизни, в конце - концов…

Увы, с млекопитающими теплокровными дело обстоит пока не очень хорошо. Сами по себе они не могут погружаться в состояние анабиоза, а принудительно ученые пока не очень умеют. Проводятся многочисленные эксперименты с различным эффектом, но надежного способа для человека пока не разработали.

Главная идея анабиоза для человека – его глубокое замораживание, до -190 градусов, ведь, как известно, все жизненные процессы тормозятся с понижением температуры. Причем обычное замораживание приводит к разрыву клеток в результате расширения жидкости организма, поэтому здесь не все так просто. Исследования в области замораживания породили новую область науки – крионику, которая как раз и занимается этим.

Первым человеком, попавшим на заморозку, был Джеймс Бэдфорд, у которого был рак легких. Его заморозили 12 января 1967 года в жидком азоте. Этот эксперимент не удался просто по причине халатного отношения. Ведь хранение замороженных тел велось за счет родственников, а они беспокоились об этом не более нескольких лет. Поэтому много замороженных тел просто разложились, из-за нарушения техники, и были захоронены. Однако по неофициальным данным, имеется еще около 200 замороженных человек в различных крионических организациях. Не все они серьезно озабочены исследованиями – некоторые всего-лишь пытаются «сорвать» денег с богатых клиентов, а потом исчезают.

Однако работы в этом направлении продолжаются. Есть и некоторые успехи. Работа затрудняется, как и в случае с клонированием, общественным мнением и противодействием властей. Но история показывает, что если что-то возможно в этом мире – человек рано или поздно изучит это и научится применять.

Влияние массовой культуры, особенно кинематографа, велико и неоспоримо. Возьмем, к примеру, анабиоз. Что это такое, люди представляют себе слабо, зато о нем знают все, кто старше трех - пяти лет, благодаря фильмам вроде «Чужих» или «Аватара». Однако в токовании термина существуют определенные, весьма распространенные заблуждения. Большинство скажут, что анабиоз - сон, похожий на смерть. Но такое описание скорее подходит летаргии, которая является болезненным состоянием, сопутствующим сильному истощению, истерии и сильным внезапным волнениям. А состояние анабиоза - защитная, запланированная природой реакция, помогающая пережить регулярные неблагоприятные обстоятельства.

История происхождения термина

Впервые обнаружил и описал такое явление Левенгук, и случилось это два с половиной столетия назад. В несколько случайном опыте он поместил в воду сухой песок. Спустя какое-то время под микроскопом увидел мелкие организмы в активном состоянии. После высушивания они опять визуально прекратили свое существование. Этих мелких животных Левенгук назвал коловратками - и так впервые был описан анабиоз. Что это за явление, рассказал Вильгельм Прейер. Он же дал ему название, и случилось это гораздо позже, в конце 19 века (а точнее, в 1873 году). Перевод самого термина встречается в двух вариантах. Согласно первому «ана» - «нет», а «биос» - «жизнь». Вторая часть, кстати, переводится всегда одинаково. А вот первая иногда трактуется как «вновь». Соответственно, в первом случае имеем «не жизнь», «мнимая смерть», во втором - «оживление», «возвращение к жизни».

Анабиоз: что это с точки зрения биологии

Все процессы, свойственные впадающему в такое состояние организму, замедлены настолько, что отсутствуют внешние признаки жизни. В этом заключается принцип анабиоза. Состояние проявляется при ухудшении окружающих условий. Наиболее ярко выражен анабиоз у бактерий, простейших, которые способны образовывать цисту, и грибов. По ареалу распространения первое место занимают пустынные создания, реагирующие таким образом на высокие температуры. Еще следует отметить, говоря про анабиоз, что это явление временное, проходящее самостоятельно, как только условия вокруг станут более благоприятными. Никаких дополнительных усилий прилагать для «оживления» не надо.

Виды анабиоза

По периодичности и условиям наступления разделяют анабиоз на вынужденный и сезонный. Первый приходит на помощь способному к нему организму, когда внезапно окружающие условия меняются настолько, что ставят под сомнение его существование. Примером могут служить все те же опыты Левенгука.

Сезонный отличается определенной периодичностью; живые существа впадают в него в неблагоприятный для них сезон и готовятся к нему заранее. Или же он свойствен определенной стадии развития. Характерный пример - цисты, семена, споры, комариные личинки.

Также можно выделить полный (истинный, или настоящий) и неполный анабиоз. Первый в природе чрезвычайно редок - слишком многие условия и факторы должны совпасть. При этом вся биохимия в «спящем» организме останавливается, но способность к восстановлению жизнедеятельности остается. Неполный анабиоз отличается сохранением части биохимических процессов в действии. Список тех, кто его использует, куда более широк.

Кто способен к анабиозу

Перечень не так уж велик, особенно если иметь в виду истинный анабиоз:

бактерии, образующие споры;
грибы - не те, что употребляются в пищу, а микроскопические;
беспозвоночные и простейшие - от кишечнополостных (отдельные виды) до немногих насекомых;
из позвоночных - рукокрылые, некоторые амфибии (сибирский углозуб и даллия - рыба, которая водится на Чукотке и Аляске);
у растений - споры и семена, примечательна в этом отношении иерихонская роза, у которой в анабиоз впадают вегетативные органы.

Основные условия

Без анабиоз невозможен. Однако не всякое обезвоживание ведет к нему: в процессе анабиоза должна сохранятся что для большинства недоступно. Если же при дегидратации белок нарушен, восстановление всего организма невыполнимо - он умирает.

Научные споры

Среди ученых нет единого мнения насчет того, какие именно способы борьбы с тяжелыми можно отнести к понятию «анабиоз». Что этот термин подразумевает? С тем, что его можно отнести к зимней спячке, согласны далеко не все. Но поскольку большинство процессов заторможены: животное не нуждается в еде, не испражняется, не страдает от холода и не испытывает жажды, продолжает дышать, сердце бьется, а определенные биохимические реакции в теле не останавливаются, многие исследователи все же склоняются к тому, что спячку можно считать вариантом неполного, частичного анабиоза.

А вот приостановка жизненных процессов у хладнокровных уверенно относится к анабиозу всеми учеными. Основанием является уже хотя бы то, что перед впадением в организм тех же лягушек начинает выработку своего рода антифризов, которые нужны для предотвращения кристаллизации воды внутри клеток, что неизменно ведет к разрыву клеточных мембран и гибели животного. У лягушки останавливается сердце, не работают почки, отсутствует дыхание. А белок - самая уязвимая составляющая организма - преобразовывается в гидрогель, схожий по виду с сухим желатином. В анабиозе лягушка внешне ничем не отличается от мертвой. Однако с потеплением начинает биться сердце, и все функции восстанавливаются.

Перспективы для человека

Если когда-нибудь станет возможным анабиоз человека, медицина немедленно перейдет на следующую ступень. Можно будет сохранять организм пострадавшего в целостности до получения возможности его вылечить. Вполне доступными окажутся межзвездные путешествия (вспоминаем опять космическо-фантастические фильмы). Однако в ближайшем будущем ожидать такого прорыва не приходится.

Планета Земля является подходящим местом для развития самых разных и причудливых . На ней научились жить и сосуществовать всевозможные организмы, от бактерий до человека.

Однако не всегда условия жизни на земле можно назвать идеальными. Иногда многим видам живых организмов, в том числе и человеку, приходится учиться навыкам выживания. Некоторые из них нашли для себя подходящий выход в этом нелегком вопросе. Им стал анабиоз .

Состояние анабиоза характеризуется резким замедлением организма , при котором практически отсутствуют видимые признаки жизни. Суть данного состояния сводится к резкому обезвоживанию организма.

При наступлении благоприятных условии, жизненные процессы восстанавливаются. Если такое обезвоживание приводит к нарушению структуры белка, его свертыванию, наступают необратимые изменения, ведущие к смерти. К такому способу выживания, как правило, прибегают в случае резких перепадов температуры или при отсутствии влаги.

По способу возникновения и качеству анабиоз бывает:

Вынужденный;
Сезонный;
Полный (Настоящий);
Неполный.

Вынужденный анабиоз организма наступает в результате внезапного возникновения неблагоприятных условий жизни и прекращается после их изменения в благоприятную сторону.

Анабиоз сезонный возникает при определенных стадиях развития организма. Он представляет собой процесс приспособления эмбриона к суровым условиям среды. Этот вид анабиоза характерен для спор, семян, цист эмбрионов ракообразных, личинок комаров.

При полном анабиозе в организме полностью прекращаются биохимические процессы, но способность к жизнедеятельности остается . В природе встречается крайне редко, так как для его возникновения необходимо одновременное сочетание многих условий среды.

Неполный анабиоз встречается намного чаще. Из-за наличия в атмосфере влаги, глубокое высыхание организма невозможно.

Анабиоз и простейшие

Самыми устойчивыми, к неблагоприятным условиям, организмами, считаются спорообразующие бактерии и грибки. Некоторые споры могут долгие годы сохранять свою жизнедеятельность. Их не пугают ни сухие почвы пустынь, ни замерзшие земли Арктики. Анабиоз стал нормальным циклом развития для многих видов семян и спор.

Из-за нескончаемых изменений условий среды обитания, в процессе постоянной адаптации находятся и большинство видов бактерий . Это становится возможным благодаря их беспрецедентной многочисленности, разнообразию форм, повсеместности распространения. Их не пугает ни высота в 80 км, ни глубина водоемов в 11 км, где давление может достигать более 1000 атмосфер. Живые бактерии могут выдерживать смертельные для других дозы радиации.

Хладнокровные и анабиоз

В животном мире истинный анабиоз встречается только у хладнокровных. При этом в их организме происходит накопление особых веществ, антифризов. Они необходимы для предотвращения внутриклеточной кристаллизации воды, что приводит к неминуемой гибели.

Рассмотрим пример лягушки . С наступлением холодов лягушка готовится к самому сложному этапу в своей жизни. Как только она касается льда, поступает сигнал о из центра тела к внутренним органам. Немного погодя, эта вода превращается в твердый лед. Прекращается дыхание, сердцебиение, работа почек. На несколько недель лягушка погружается в предсмертное состояние. В этом виде она напоминает ледышку. Что касается белка, то он чудесным образом переходит в состояние гидрогеля, похожего на сухой желатин. С появлением подходящих условий белок набухает, возвращая к жизни все тело. Главным секретом выживания в таком состоянии является наличие в крови лягушки особой сахарозы, работающей как антифриз. С появлением тепла, сердце лягушки неожиданным образом начинает биться. Постепенно она возвращается к жизни.

Состояние анабиоза встречается и среди некоторых моллюсков . Например, улитка Ампулярия обитает в местах, где частыми бывают периоды засухи. В таких случаях моллюск закапывается в ил и, плотно закрыв крышку, впадает в анабиоз. Такой анабиоз можно назвать вынужденным . При отсутствии суровых условий засухи Ампулярия в спячку не впадает. Виноградная улитка так же регулярно впадает в анабиоз, который длится от 3 до 5 месяцев.

Возможен ли анабиоз человека

Бессмертие

Анабиоз в медицине

Чаще всего анабиоз применяют в медицине для приготовления живых вакцин . Благодаря этому процессу, ученые научились в течение длительного времени сохранять все свойства микробов.

Еще состояние анабиоза применяется при консервации различных органов для их дальнейшей пересадки. Этими органами являются: кожа, кости, костный мозг и аорта . Это стало возможным благодаря тому, что они на некоторое время продолжают оставаться жизнеспособными, даже после прекращения подачи кислорода и при отсутствии кровообращения. Поскольку эти органы и ткани, после их изоляции от организма, остаются живыми, их называют переживающими. Попытки заморозить такие важные органы как сердце, почки, печень, приводят к возникновению все новых трудностей, требующих более тщательных разработок.

Таким образом, анабиоз стал основным способом выживания многих видов живых организмов. Благодаря ему, такие существа смогли не только адаптироваться в суровой среде, но и приобрести необходимые навыки для дальнейшего развития. Ученые продолжают изучать состояние анабиоза с целью применения полученных знаний не только в медицине, но и , биологии и других важных науках. Возможно, такие исследования приведут к появлению новых способов в стремительно ухудшающемся мире. В любом случае, анабиоз продолжает оставаться одной из сложных загадок природы.

Анабиоз (лат. anabiosis -- оживление, от др.-греч. бнб- -- «вновь» и вйпт -- «жизнь») - cостояние живого организма, при котором жизненные процессы настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни.

Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии, грибы, простейшие (образующие цисту). У многоклеточных организмов угнетение жизнедеятельности и ее почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития -- семена, споры.

В природе анабиоз не является патентом только животных организмов. Он широко представлен и среди микроорганизмов из царства Protozoa, к которым относятся все виды бактерий и синезеленых водорослей. Анабиоз представлен и в мире растений (низших и высших). У многих микроорганизмов и видов растений природа в своем длительном эволюционном процессе развития создала прекрасное приспособление для впадения в состояние покоя или анабиоза при неблагоприятных условиях. В этом состоянии они могут переживать в течение длительного времени (для некоторых видов бактерий даже миллионы лет!) и при создании нормальных условий восстанавливать свою жизнедеятельность.

Однако, анабиоз - достаточно редкое явление. Он возможен далеко не для всех видов и является крайним состоянием покоя в живой природе. Его необходимое условие - сохранение неповрежденными тонких внутриклеточных структур (органелл и мембран) при высушивании или глубоком охлаждении организмов. Это условие невыполнимо для большинства видов, имеющих сложную организацию клеток, тканей и органов. Таким образом, способность к анабиозу - всеобщее и первичное свойство жизнеспособных тел, не реализуемое только у высших организмов вследствие усложнения их строения и формирования у них других приспособлений к воздействию неблагоприятных факторов среды. Анабиоз существенно отличается от спячки тем, что характеризуется полной приостановкой жизнедеятельности, в то время как во время спячки процессы жизнедеятельности лишь замедляются. Отличие состояния анабиоза от смерти в том, что в последнем случае структуры клетки разрушаются и не могут возобновить свое функционирование.

Способность к анабиозу обнаруживается у видов, имеющих простое или упрощенное строение и обитающих в условиях резкого колебания влажности (пересыхающие мелкие водоемы, верхние слои почвы, подушки мхов и лишайников и т. п.).

Анабиоз может быть «вынужденным» (анабиоз мхов и лишайников в жаркое время суток) и «сезонным» (анабиоз спор микроорганизмов, семян высших растений). В основе анабиоза всегда лежит процесс уменьшения содержания в клетках биологически активной свободной воды в результате: высыхания организма; глубокого охлаждения организма (биологически активная свободная вода переходит в формы, подобные льду); помещения в среду с высокой концентрацией солей (вода выходит из клетки в окружающую среду). При этом если в среднем содержание воды составляет порядка 75-85% массы организма, то в состоянии анабиоза оно снижается до 6-9%. Например, при созревании зерновки пшеницы содержание воды падает от 70-75% до 15-20%, влажность зеленого мха кукушкина льна в сухие дни понижается до 9%.

По мнению П. Ю. Шмидта, в своей основе явление анабиоза охватывает два основных состояния:

1) анабиоз при высушивании -- непосредственное высыхание живых организмов. Тесно связан с этим явлением и осмотический анабиоз -- этот своеобразный процесс обезвоживания животных организмов, обитающих в морской воде. В известной степени связана с анабиозом при высушивании и летняя спячка животных вследствие уменьшения количества воды в теле из-за усиленного испарения и недостатка воды в жарких пустынных областях;
2) анабиоз при замерзании -- извлечение воды из живого организма вследствие его замерзания, сопровождающееся различными неблагоприятными изменениями при образовании льда.

К такому состоянию принадлежит явление зимней спячки у млекопитающих. При их высокой организации и постоянной температуре тела подавление жизнедеятельности у них более сложное, но все же его трудно резко разграничить с анабиозом при замерзании.

Помимо уменьшения содержания воды в организмах, в состоянии анабиоза происходят и другие изменения: уменьшаются размеры тела, оно становится более плотным; загустевает и уплотняется цитоплазма; органоиды клеток приобретают твердое состояние; ферменты теряют активность; в клетках накапливается глицерин, предохраняющий клетки от чрезмерной деформации при высыхании и растворяющий вредные вещества, концентрирующиеся в клетке вследствие испарения из нее воды; на поверхности клеток образуются плотные оболочки, защищающие содержимое клеток; полностью прекращаются реакции обмена веществ.

При анабиозе организм не растет, не развивается, не стареет. Благодаря этому продолжительность существования организма возрастает во много раз. Продолжительность анабиоза у разных организмов различается: семена многих растений находятся в состоянии анабиоза от конца одного вегетационного периода до другого; мхи и лишайники- от жарких часов суток до повышения влажности воздуха. Установлена жизнеспособность спор аэробной бактерии в мясных консервах, приготовленных примерно 114 лет назад, а также бактерий, образующих споры, в сухой почве в течение 300 лет. При исследовании толщи древнего ледника Центральной Антарктики были обнаружены жизнеспособные микроорганизмы в горизонтах, возраст которых составляет примерно от 8 000 до 13 000 лет. На Аляске в слое замерзшего ила рядом с когтями леммингов, пролежавшими около 15 000 лет, найдены всхожие семена люпина.

Типичным примером анабиоза при высушивании служит так называемая скрытая жизнь семян многих растений, которые могут в сухом состоянии сохранять всхожесть 50 лет и более.

Беспозвоночные -- гидры, черви, усоногие раки, водные и наземные моллюски, некоторые насекомые, а из позвоночных -- земноводные и пресмыкающиеся могут терять 1/2 и даже 3/4 заключенной в их теле воды, впадая в состояние анабиоза, а затем оживать снова.

Если процесс дегидратации идет с нарушением структуры живого белка, то происходит его денатурация (свертывание), и тогда восстановление жизненных процессов становится невозможным.

В настоящее время известно, что существуют некоторые виды бактерий, которые, попадая в неблагоприятные для них условия жизни, превращаются в стойкие образования с плотной многослойной оболочкой, называемые спорами. Это крайне обезвоженные клетки с толстой оболочкой. Такие спорообразующие бактерии преимущественно представляют собой бациллы и клостридии (принадлежащие к семейству Bacillaceae). За длительный эволюционный процесс они выработали прекрасный способ выживания при неблагоприятных для жизни условиях. При помощи спорообразования они повышают свою устойчивость к физическим, химическим и биологическим факторам внешней среды, сохраняясь в анабиотическом состоянии на протяжении многих лет. Они выдерживают даже высушивание в вакууме, очень низкие и высокие температуры (погибают лишь при 120°С). Позже, попадая в подходящие для них условия жизни, они снова возвращали свою жизнедеятельность и болезнетворное действие, становясь причиной опасных заболеваний животных и человека. Спорообразующие возбудители сибирской язвы, ботулизма, столбняка, злокачественных опухолей, газовой гангрены и др., впадая в анабиотическое состояние, долгие годы сохраняют свою жизнеспособность. Этим объясняется затухание на известный период и внезапное проявление некоторых заболеваний у животных. Известны так называемые мертвые поля, где в прежние времена зарывали в землю животных, погибших от сибирской язвы (сейчас их трупы сжигают). Через какой-то отрезок времени люди при распахивании земли или животные на пастбищах могли заразиться (болезнь является зоонозом, т. е. общей для животных и людей). А споры столбняка не погибают даже при температуре, близкой к абсолютному нулю. Стоит только их разморозить, и жизнь снова возвращается к ним.

Как показали опыты по охлаждению насекомых и других мелких животных до t°--90--160° и сперматозоидов кролика до t°--78--183°, оживление животных, впавших в состояние анабиоза, наступает только тогда, когда тканевые жидкости остаются при низкой температуре в переохлажденном, т. е. жидком, состоянии. Это возможно и при мгновенном переходе воды в стекловидную аморфную массу, вследствие чего протоплазма не разрушается. При образовании кристаллов льда, разрушающих структуру клеток и белковых молекул, оживление невозможно.

Явление анабиоза при высушивании и низкой температуре широко распространено среди микроорганизмов. Наиболее стойки к высушиванию, охлаждению и нагреванию спорообразующие бактерии, а также грибки. Споры сибиреязвенной палочки долгие годы не теряют жизнеспособности ни в сухой почве степей и пустынь, ни в замерзшей почве арктической тундры. Многие бактерии, не образующие спор, переносят длительное охлаждение до t° ниже 0°, что позволяет выделять их чистые культуры из трупов и других объектов, в которых при обычных условиях развивается и другая микрофлора. Стойки к высыханию и охлаждению некоторые виды патогенных фильтрующихся вирусов. Явление анабиоза при высушивании и охлаждении используют при изготовлении сухих живых вакцин, длительном сохранении штаммов бактерий, вирусов и клеток опухолей, консервировании тканей для трансплантации. При сохранении микробов, высушенных вместе со специальной средой при низкой температуре, иммунизирующие свойства вакцин не теряются в течение нескольких месяцев и даже лет. Чистые культуры вирусов также сохраняют длительный срок в подсушенных и замороженных тканях восприимчивых животных.