Где «живет» и как выглядит мерзлота, почему она не «вечная»? Что такое криобанк генетических ресурсов, и спасёт ли заморозка эмбрионов и гамет кошачьих от вымирания? Как живым организмам пережить зиму? На эти и другие вопросы ответили эксперты научно-популярного ток-шоу «Разберём на атомы: заморозка», которое 2 февраля прошло в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Новосибирска.

Спикерами ток-шоу стали трое учёных из разных научных сфер: климатолог, биолог и эколог.

«Невечная» мерзлота

Бывшее не так давно устойчивым выражение «вечная мерзлота» постепенно выходит из обихода и ему на смену приходит «многолетняя мерзлота». Это неслучайно: по прогнозам учёных Института мерзлотоведения, криолитозона центральной Якутии потеряет первые 25-30 м мощности уже к 2100 году.

Что такое мерзлота и почему она не «вечная», объяснил слушателям Никита Тананаев, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, завлабораторией по изучению климата и экосистем северных регионов Северо-восточного федерального университета им. М.К. Аммосова,

На данный момент многолетняя мерзлота занимает 11% земной поверхности — это 18 млн квадратных километров. Выглядеть она может по-разному, и если посмотреть на землю с самолета или вертолета, то определить, есть на этом участке мерзлота или нет, человеку неопытному сложно. Но некоторые признаки, намеки, которые нам посылает земля, позволяют определить наличие мерзлоты. Это, в первую очередь, различные формы рельефа, примеры которого увидели участники ток-шоу на фотографиях, сделанных Никитой Тананаевым.

«Существуют четыре типичных рельефа: булгунни – огромные, покрытые почвой ледяные бугры, расположенные в тундре и лесотундре крупнобугристые торфяники, полигональные структуры и характерный бугристо-западинный рельеф», — прокомментировал изображения учёный.

Под землей мерзлота – это, прежде всего, лед. Он может иметь разную форму: от отдельных прослоек и жил до пластов. Основные массивы подземного льда ориентировочно сформировались от 30 тысяч до 90 тысяч лет тому назад. А возраст «самой старой» мерзлоты составляет до одного миллиона лет.

Что же прячет в себе мерзлота? Как выяснилось, очень многое, начиная с опасных макровирусов, бактерий и заканчивая крупными организмами.

«Суммарный запас органического вещества в многолетней мерзлоте составляет 1600 млн тонн. Это в два раза больше, чем в современной атмосфере планеты. После оттаивания органическое вещество становится биодоступным и потребляется бактериями, в том числе с выделением СО2 и СН4, что в свою очередь способствует климатическим изменениям, и получается такой замкнутый круг», — отметил Никита Тананаев.

И отчасти это уже заметно. Если сравнить результаты наблюдений тридцатилетних периодов 50-х – 80-х годов прошлого столетия и 90-х — 2000-ых, то они показывают рост среднегодовой температура воздуха в Якутии. Максимум два градуса на крайнем севере и на крайнем юге региона. В центральной Якутии пока еще относительно стабильно. Так что прогноз о таянии мерзлоты, хоть и называют пессимистичным, но он вполне себе реалистичный.

Дикий кот из пробирки

Одним из направлений научных исследований Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) является развитие методов криоконсервации живых организмов с целью найти способы сохранения генетического разнообразия диких видов семейства кошачьих. О применении криоконсервации эмбрионов и гамет для сохранения генетических ресурсов животных, об истории развития этого направления и достижениях современной криобиологии рассказал доктор биологических наук, эмбриолог, заведующий сектором криоконсервации и репродуктивных технологий ИЦиГ Сергей Амстиславский.

«Современное понимание криоконсервации основано на длительной истории экспериментальных исследований в физике, химии и биологии. Есть разные точки отсчета становления этого направления науки. Одна из них очень значимая – 1949 год. В этом году английские исследователи Полдж и Смит, работая над замораживанием клеток в растворах сахаров, случайно, перепутав пробирки, обнаружили, что глицерин обладает криозащитными свойствами в отношении спермиев петуха», — начал свое выступление с небольшой предыстории развития этого научного направления Сергей Амстиславский.

Сегодня криоконсервация набирает всё большую популярность. Она позволяет, «зарезервировать» на будущее клетки, культуры, ткани, сохранять редкие линии лабораторных мышей и исчезающие виды животных.

Для этого создаются криобанки гамет и преимплантационных эмбрионов, в которых при температуре –196°С материал, взятый от животных, можно хранить долгое время. При этом клетки не потеряют жизнеспособности, поскольку при этой температуре метаболические процессы практически остановлены. Это теоретическое положение подтверждается на практике получением потомства из замороженных эмбрионов, находившихся в криобанке несколько десятков лет. Создание криобанка генетических материалов позволяет сохранить биоразнообразие тех или иных млекопитающих, в том числе исчезающих.

К таким исчезающим относится семейство кошачьих: из сорока одного вида процветает только один, да и тот кошка домашняя. Остальные же постепенно вымирают. Этот процесс можно остановить, используя метод криоконсервации.

«Мы работали с фермой, где разводят такие редкие виды, как красная рысь, дальневосточный кот. Взяли семя домашнего кота, а также трёх диких видов кошачьих, заморозили его и транспортировали в криобанк ИЦиГ СО РАН. Затем взятыми из криобанка сперматозоидами дикого кота провели in vitro гетерологическое экстракорпоральное оплодотворение яйцеклетки домашней кошки В результате наших исследованиях удалось получить развивающиеся in vitro эмбрионы кошачьих», — рассказал эмбриолог.

Результат с кошачьими получен сибирскими учёными пока только на уровне эмбриона, но, например, популяцию черноногого хорька — вида куньих Северной Америки, который был на грани полного исчезновения, удалось восстановить. Более 130 потомков было получено путем искусственного оплодотворения. Некоторые из них – после криоконсервации, при непосредственном участии новосибирцев.

.

Где зимуют черви?

Продолжил тему животных и их адаптации к холоду руководитель экспедиционного клуба «Образ жизни», младший научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Алексей Маслов.

В основном системы адаптации живых организмов так или иначе касаются холода, что вполне логично — если суметь выжить при глубоком минусе, остальные опасности будут не столь страшны. У животных есть разные способы, чтобы справиться с этой задачей. Это может быть защитная дегидратация, прокачка криопротекторами, например сахарами, или просто миграция.

«Начнем с простого, дождевые черви перед зимовкой уменьшают количество воды в организме, что позволяет им перенести температуру до минус 30 градусов. Лягушки с Аляски вида Rana sylvatica буквально вмерзают в лёд зимой, а весной возвращаются к жизни. Подобный криосон возможен для них благодаря особому строению печени, увеличивающейся во время спячки в два раза, и сложной биохимии крови. Более высокоорганизованные организмы, теплокровные животные ничего особенного не делают, им главное найти, чем кормиться зимой. И в таком случае они могут даже не мигрировать никуда. Так поступают некоторые водоплавающие птицы, которые не всегда улетают в теплые края. Они могут остаться, если находят незамерзающий водоем», — привел примеры Алексей Маслов.

Темы «невечной» мерзлоты, криоконсервации и адаптации животных к холодам вызвали интерес всех участников, в том числе представителей научного сообщества, которые отметили, что кроме популяризации науки ценность ток-шоу «Разберем на атомы» состоит в возможности межнаучных контактов учёных.