Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни

Скорее всего, вы уже слышали о прекрасно сохранившейся ледяной мумии Эци, которая даже после тысячелетнего пребывания в замороженном состоянии по-прежнему выглядит практически шикарно. Значит ли это, что можно получить 25 % призовых денег, закопав в снег голову следующей же мыши, которую притащит ваша кошка? Наверное, нет, но вы на правильном пути. Чтобы добиться лучшей сохранности, полное охлаждение неизбежно. Если не верите мне, достаньте йогурт из холодильника и оставьте его на все выходные у радиатора. Экстремальное охлаждение не только предотвращает разложение в результате деятельности микроорганизмов, но и замедляет движение молекул настолько, что прекращается дальнейшее разрушение мельчайших компонентов клетки, белков, жиров и углеводов.

И все же я не советую бросать мозг в морозилку сразу же после того, как его владелец испустит последний вздох. Потому что в органах содержится такое количество воды, что в клетках образуются кристаллы льда. Последствия вы, вероятно, можете себе представить на примере лопнувших бутылок с водой, оставленных в морозильной камере или на улице в холодное время года. При замораживании вода расширяется, а кристаллы льда разрушают клеточные мембраны. Этой проблемы можно избежать, если своевременно начать прикладываться к стеклоомывателю автомобиля. Содержащийся внутри антифриз понижает температуру замерзания воды, благодаря чему она не кристаллизуется даже при самых низких температурах. Рыбы, живущие в Антарктике, уже давно освоили этот трюк. Из-за содержания соли в Южном океане вода в этом районе замерзает уже при -2 °C. Впрочем, в организме самих животных содержание соли гораздо ниже, потому что они активно ее выделяют. В результате при такой температуре окружающей среды их тела вмиг окоченели бы, так что для приготовления замороженного полуфабриката «Captain Iglo» осталось бы только собрать их замерзшие трупики с поверхности океана да запанировать. Поэтому рыбы вырабатывают белок, который, действуя подобно антифризу, защищает их от образования кристалликов льда внутри клеток.

Нам, теплокровным, такая роскошь недоступна, поэтому нам нужна наука, чтобы компенсировать свои недостатки.

Одним из самых влиятельных экспертов в области биологической защиты от замерзания является криобиолог (от греч. kryos — холодный) Грегори М. Фахи.

Криобиологу Грегори М. Фахи первому удалось охладить целый орган до температуры, подходящей для долговременного хранения без нарушения функциональности [87]. Для этой цели извлеченную почку кролика охладили до -135 °C. При этой температуре химические реакции настолько ослаблены, что вряд ли смогут разрушить что-то даже за тысячи лет. Исследователи, конечно, не хотели ждать так долго, поэтому аккуратно разморозили почку, смыли использованное средство от замерзания и вернули орган кролику. Почка и вправду начала снова выполнять свою работу, что позволило животному вести относительно нормальную жизнь. Если бы при экстремально низких температурах в почке образовались кристаллы льда, кролику с тем же успехом можно было бы имплантировать кусок мягкой колбасы. Поэтому пришлось принять меры предосторожности для предотвращения фактического замораживания и сопутствующей кристаллизации. Для этого орган был витрифицирован (от латинского vitrum — стекло).

Витрификация — это процесс, при котором жидкое вещество становится все более вязким по мере понижения температуры, пока в какой-то момент не станет полностью жестким без образования кристаллов.

При классической кристаллизации хаотически перемещающиеся молекулы жидкости занимают фиксированное положение в кристаллической решетке[17], как только температура опускается ниже определенной точки. При витрификации же, наоборот, когда температура понижается, движение молекул замедляется, но частицы при этом не образуют кристаллическую решетку. Это похоже на мед, который в замерзшем состоянии течет довольно медленно, а летом при 30 °C чуть ли не выпрыгивает из стеклянной банки. Само стекло представляет собой похожий материал, который при комнатной температуре кажется твердым, как кристалл, но на самом деле остается необыкновенно вязким веществом.

Тот факт, что витрификация может сохранять функциональность человеческих клеток, можно наблюдать на примере искусственного оплодотворения.

Эмбрионы хранятся при самых низких температурах, после чего их можно оживить даже через несколько лет, а потом имплантировать в организм женщины, где они смогут развиваться и впоследствии стать полноценными людьми.

Для крошечных эмбрионов, состоящих из нескольких клеток, это работает очень хорошо, но проделать такое с целым млекопитающим уже более затруднительно. Чтобы почка кролика перенесла такую экстремальную температуру и осталась относительно неповрежденной, ее пришлось прополоскать в смеси витрифицирующих веществ, получившей название М22. Таким образом, почка при температуре -135 градусов Цельсия пришла в кристально чистое, подобное стеклу состояние.