Пламенный насос. Естественная история сердца

Я живо припомнил сплетню, которую слышал в детстве: тело Уолта Диснея было заморожено после его смерти в 1966 году. Поговаривали, что оно оставалось в состоянии криогенной консервации на сверхсекретном объекте, расположенном в Диснейленде под аттракционом «Пираты Карибского моря». Помню свое разочарование, когда я узнал, что, по словам членов семьи, дядюшку Уолта на самом деле кремировали через два дня после смерти от рака легких.

Но почему лесные лягушки могут переносить заморозку, а лесорубы – нет? Я задал этот вопрос знатоку замороженных лягушек, который ответил, что ткани большинства живых существ не могут разморозиться целыми – их слишком сильно повреждают формирующиеся кристаллы льда. «Вообразите острые ледышки, растущие между тканями, между клетками и внутри их, – говорит Костанцо. – Они разорвут все в клочья». То есть накопление внеклеточного льда может быть проблемой, но, когда лед появляется внутри самих клеток – это, в общем, смертельно.

Кроме того, что кристаллизация льда вызывает структурные повреждения, замораживание приводит к чрезмерному усыханию клеток из-за потери жидкости, разрушает мембраны и их структурные компоненты, истощает запасы молекул, богатых энергией, и затрудняет выведение из клеток отходов, которые могут накопиться до токсичных уровней.

Так как же лесная лягушка справляется с роковыми факторами замораживания?

– Когда лесная лягушка застывает, она охлаждается до температуры ниже точки замерзания, – сказал мне Костанцо. – Они живут в лесу, поэтому к тому моменту они уже устроились под подстилкой из листьев на лесной почве. Конечно, вокруг холодает и повсюду кристаллы льда, и эти кристаллы в конце концов пропитывают влажную кожу лягушки.

Он напомнил, что переход воды из жидкой фазы в твердую – реакция экзотермическая, то есть при этом выделяется тепло. В результате температура тела лягушки на самом деле резко повышается в первые часы замораживания. Учащается и ее сердцебиение, почти вдвое, при этом сердце перегоняет в тело криопротекторы. Это вещества, которые предотвращают замораживание тканей (как белок-антифриз в крови ледяной рыбы) и защищают клетки от повреждения, когда они все же замерзают.

Одно из таких веществ на самом деле очень распространенное – глюкоза, содержащая большое количество энергии, то есть сахар, который высвобождается в кровоток из печени. Когда тело лягушки застывает, ее печень начинает расщеплять запасы крахмалистого гликогена[62] в глюкозу. Это происходит с огромной скоростью, в кровь поступает в 80 раз больше сахара, чем обычно. Такой скачок уровня глюкозы предотвращает формирование льда внутри клеток, способствуя выведению из них воды под влиянием осмоса – еще одной версии нашей давней подруги диффузии. Вода движется из области более высокой ее концентрации – клеток – к более низкой, в насыщенное сахаром клеточное окружение[63]. Это предотвращает набухание и разрыв клеток при замерзании. Об этом движении воды мы узнаем побольше чуть позже.

Зоолог Кен Стори предположил, что такое высвобождение глюкозы – утрированная реакция «сражайся или беги», при которой стресс заставляет мозг посылать в печень сигнал сбрасывать глюкозу в кровеносную систему. Содержащие большое количество энергии молекулы глюкозы могут быть использованы как аварийный запас, чтобы обеспечить «сражение» или «бегство». По-видимому, аналогичный сигнал тревоги возникает, когда начинается превращение лягушки в лягушачью ледышку.

Костанцо и его коллеги сосредоточили свои недавние исследования на другом криопротекторе, азоте, и их данные говорят о том, что некоторые кишечные бактерии остаются активными внутри замороженных хозяев. Бактерии выделяют фермент, который высвобождает азот из мочевины, находящейся в организме лягушки. Считается, что азот, как и глюкоза, защищает от повреждения при застывании и оттаивании, возможно, потому, что он замерзает при крайне низкой температуре (– 210 °C)³⁷.

Все вышеописанное, по словам Костанцо, происходит во время первой фазы замерзания. Через несколько часов первоначальный скачок температуры тела снижается, и лягушка снова начинает остывать. В конце концов ее сердце перестает биться и кровь замерзает в сосудах. В таком состоянии древесная лягушка остается большую часть периода замерзания, что может продолжаться от полусуток во время похолодания до нескольких месяцев в расположенных за полярным кругом частях ареала их обитания.

– Все это время, – сказал Костанцо, – нет ни дыхания, ни сердечной деятельности.

Я спросил, определял ли кто-нибудь, прекращается ли электрическая активность мозга лягушки. Если электроэнцефалограмма (ЭЭГ) не показывает электрической активности мозга, это означает, что можно констатировать клиническую смерть; и мне было любопытно, можно ли технически считать просыпающихся лягушек зомби. Костанцо рассмеялся. Он сказал, что слышал, будто ЭЭГ замороженной лягушки не показывает электрической активности, но не может привести источник, подтверждающий или опровергающий этот феномен[64].