2. Распад организма после смерти вызывается не исключительно и даже не главным образом пищеварительными ферментами пищеварительного тракта или микроорганизмами, проникающими в мертвое тело извне, а ферментами, содержащимися в самих клетках. Это явление аутолиза впервые охарактеризовал Гоппе-Зейлер.
Все органы, подвергающиеся гибели внутри организма в отсутствие кислорода, размягчаются и растворяются способом, напоминающим гниение. В ходе этого процесса белковые вещества дают начало лейцину и тирозину, а жиры — свободным кислотам и мылам. Это размягчение, идентичное патологическому понятию разжижения, происходит без появления дурного запаха и является процессом, аналогичным тому, который возникает в результате действия воды, кислот и пищеварительных ферментов.
В работе такого рода требуется строгая асептика для исключения возможности бактериальной инфекции, и впервые это было сделано Салковским, который показал, что в асептически содержащихся тканях, таких как печень и мышцы, количество веществ, извлекаемых горячей водой, значительно увеличивается. Работами других исследователей, особенно Мартина Якоби и Левена, было установлено, что способностью к самоперевариванию обладают все органы. Анализ продуктов аутолиза тканей показывает, что образуются, например, аминокислоты, составляющие белки. Дакин, Джонс и Левен продемонстрировали гидролитические продукты нуклеинов в случае самопереваривания тканей.
Снова возникает вопрос: почему ткани не подвергаются аутолизу при жизни и что их защищает? Ответ заключается в том, что самопереваривание является следствием отсутствия окислительных процессов. Присутствие антиферментов должно продолжаться и после смерти и не может быть причиной, предотвращающей самопереваривание при жизни, поскольку ничто не указывает на разрушение гипотетических антипищеварительных ферментов из-за недостатка кислорода. Недавние работы Брэдли и Морза, а также Брэдли пролили определенный свет на эту проблему. Эти авторы обнаружили, что белки печени, которые в норме не перевариваются, могут стать перевариваемыми ферментами печени, если к смеси добавить кислую соль или следы кислоты. Раствор HCl m/200 дает заметное ускорение аутолиза печени. Это могло бы объяснить, почему аутолиз происходит после прекращения окисления. Во многих, если не во всех клетках при жизни постоянно образуются кислоты, например молочная кислота, которая посредством окисления превращается в CO2 и диффундирует в кровь, так что концентрация ионов водорода в клетках существенно не возрастает. Однако если окисление прекращается, как это происходит после смерти, образование молочной кислоты продолжается, но кислота не окисляется до CO2 и не удаляется, в результате чего концентрация ионов водорода в клетках увеличивается, и становится возможным самопереваривание белков, которые пищеварительные ферменты, содержащиеся в самих клетках, раньше не могли атаковать. Кислота увеличивает перевариваемость белка, вероятно, путем солеобразования. Теоретически нас не должно удивлять, что в то время как в печени увеличение CH благоприятствует аутолизу, в других тканях тот же результат достигается противоположным эффектом. Мы могли бы сказать, что поддержание определенного CH (вероятно, на уровне точки нейтральности или вблизи нее) при жизни предотвращает самопереваривание, в то время как резкое изменение CH в любом направлении после смерти (или после прекращения окисления в тканях) индуцирует аутолиз. Брэдли действительно предполагает, что многие явления аутолиза при жизни, такие как атрофия, некроз, инволюция, могут быть обусловлены повышением CH в тканях.
Эти факты согласуются с предположением Ферми о том, что в живой клетке белки не могут быть атакованы пищеварительными ферментами, но избавляют нас от необходимости делать чудовищное допущение о «живой молекуле» белков как отличной от «мертвой» молекулы. Разница между жизнью и смертью заключается не в различии между живыми и мертвыми молекулками, а скорее в превышении синтетических процессов над гидролитическими.
Во второй главе мы упомянули интересную идею Армстронга о том, что когда синтез осуществляется пищеварительным ферментом (например, мальтазой), образуется не исходный субстрат (например, мальтоза), а изомер — в данном случае изомальтоза; и этот изомер не атакуется ферментом мальтазой. Таким образом, мы получаем рациональное понимание утверждения, которое Клод Бернар имел обыкновение повторять, но которое в его время оставалось таинственным: la vie, c’est la création. При жизни, когда питательный материал изобилует, за счет обратимого действия определенных ферментов из строительных блоков, поставляемых кровью, формируются синтетические соединения. Эти синтетические изомеры не могут гидролизоваться ферментами, которыми они образованы, и следовательно, благодаря изомерной структуре, невосприимчивы к разрушению. Не исключено, что увеличение концентрации кислоты в клетках после смерти превращает эти изомеры в ту форму, в которой они могут перевариваться ферментами, содержащимися в клетке. Другая возможность заключается в том, что увеличение перевариваемости, вызываемое повышением CH в клетке, обусловлено гидратирующим действием кислот на белки с последующим возрастанием перевариваемости. Каким бы ни был ответ, работа, проделанная после Клода Бернара, рассеяла ту пелену неизвестности, которая в его дни окружала преобладание синтетических процессов в живых тканях и процессов распада в мертвых.
3. Мы уже упоминали о связи между недостатком кислорода и началом аутолиза и распада тканей в организме. Представляет интерес тот факт, что существуют клетки, у которых распад под влиянием недостатка кислорода происходит настолько быстро, что его можно проследить под микроскопом. Автор наблюдал, что некоторые клетки претерпевают полное необратимое растворение за очень короткое время под воздействием дефицита кислорода, например первые клетки дробления яйца костистой рыбы Ctenolabrus.
Рис. 48
Рис. 49
Рис. 50
Рис. 51
Когда эти яйца лишают кислорода в момент достижения ими стадии восьми или шестнадцати бластомеров, можно заметить, что в течение получаса или более (в зависимости от температуры) мембраны бластомеров превращаются в мелкие капли. Эти капли начинают сливаться друг с другом, образуя более крупные капли. [На рисунках с 48 по 51 показаны последовательные стадии этого процесса.] Если яйца вовремя поместить на воздух, деление может возобновиться; однако если позволить пройти чуть большему времени, процесс становится необратимым и жизнь угасает. Столь четкие структурные изменения редко удается наблюдать в яйцах других животных в тех же условиях. Ответственны ли эти изменения структуры (видимо, разжижение твердых элементов) за гибель в таких условиях? Чтобы получить ответ на этот вопрос, автор исследовал влияние недостатка кислорода на сердечный ритм зародыша той же рыбы Ctenolabrus. Это яйцо совершенно прозрачно, и за сердечным сокращением можно легко наблюдать. Когда эти яйца помещают в газовую камеру Энгельманна и через нее пропускают ток чистого водорода, сердце может перестать биться через пятнадцать или двадцать минут; оно останавливается внезапно, прежде чем число сердечных сокращений заметно уменьшится, и прекращает биться до того, как весь свободный кислород успеет диффундировать из яйца. В одном случае сердце билось девяносто раз в минуту до пропускания водорода; через четыре минуты после прохождения тока водорода через газовую камеру частота сердечных сокращений составляла восемьдесят семь в минуту, три минуты спустя — семьдесят семь, а затем сокращения внезапно прекратились. Трудно поверить, что эта остановка могла быть вызвана недостатком энергии. Одни лишь гидролитические процессы могли бы обеспечить достаточное количество энергии для поддержания сердечных сокращений в течение некоторого времени, даже если бы весь кислород был израсходован. Внезапность остановки в момент, когда частота едва снизилась, кажется легче объяснить внезапным коллапсом механизма; возможно, в сердце или его ганглиозных клетках происходит разжижение или какое-то другое изменение структуры, сравнимое с тем, о котором мы упоминали ранее. У другой рыбы — Fundulus, у которой клетки дробления не претерпевают видимых изменений при недостатке кислорода, сердце эмбриона может продолжать биться в течение примерно двенадцати часов в токе водорода. В этом случае частота сердечных сокращений в течение первого часа в токе водорода падает примерно со ста до двадцати или десяти в минуту; затем оно продолжает биться с этой частотой в течение десяти часов или более. В данном случае можно было бы полагать, что в период неуклонного снижения напряжения кислорода в сердце (в течение первого часа) частота сердечных сокращений падает постоянно, в то время как оно сохраняет низкую, но стабильную частоту до тех пор, пока энергия для сокращения поставляется исключительно гидролитическими процессами; однако у Fundulus определенно не наблюдается никаких изменений в физической структуре клеток, и следовательно, нет внезапной остановки сердца.
Баджетт наблюдал, что у многих инфузорий при недостатке кислорода происходят видимые структурные изменения; как правило, мембрана инфузории разрывается или лопается в одной точке, в результате чего жидкое содержимое вытекает наружу. Хардести и автор обнаружили, что Paramecium при лишении кислорода становится более вакуолизированной и в конце концов лопается. Амебы точно так же вакуолизируются и лопаются в этих условиях. Баджетт обнаружил, что целый ряд ядов, таких как цианид калия, морфин, хинин, антипирин, никотин и атропин, вызывают структурные изменения того же характера, что и описанные для недостатка кислорода. Что касается KCN, то Шёнбейн уже отмечал, что он задерживает окисление в тканях, и Клод Бернар и Гепперт подтвердили это наблюдение. Что касается алкалоидов, В. С. Янг показал, что они способны задерживать определенные процессы автоокисления. Это объясняет тот факт, что вышеупомянутые яды вызывают изменения, аналогичные наблюдаемым при недостатке кислорода.
Явление быстрого распада при лишении кислорода (или в присутствии KCN), по-видимому, носит общий характер, как показал Чайлд в обширных экспериментах. Чайлд использовал его, чтобы показать, что более молодые животные распадаются быстрее, чем более старые или крупные, и он использует этот факт для создания теории старения. Он связывает более быстрый распад молодых животных с большим уровнем метаболизма. Не желая подвергать сомнению интересные наблюдения Чайлда, автор не до конца уверен, является ли более быстрый распад молодых форм результатом того факта, что стенки мембран у молодых животных мягче, чем у более старых, и поэтому легче сжижаются. Такое различие могло бы быть обусловлено простым химическим составом, например увеличением содержания Ca в мембране по мере увеличения возраста. В пожилом возрасте у человека отложение Ca в кровеносных сосудах является частым явлением.
Эти факты могут помочь нам понять природу смерти и распада тела у высших животных. Смерть у этих организмов обусловлена прекращением окислительных процессов, однако поразительным фактом является то, что если окисление прерывалось всего на несколько минут, жизнь не удается восстановить даже с помощью искусственного дыхания. Это наводит на мысль, что дыхательные ганглии в продолговатом мозгу претерпевают непоправимое повреждение или необратимое изменение (сравнимое с тем, что было только что описано в клетках Ctenolabrus) даже при лишении кислорода всего на короткое время. Вследствие необратимого повреждения продолговатого мозга дыхание окончательно прекращается, сердечные сокращения также должны прекратиться, и различные ткани постепенно претерпевают распад, характерный для смерти. Хотя все клетки могут быть бессмертными, они остаются таковыми только в присутствии кислорода и питательного раствора, доставляемого циркулирующей кровью. При перекрытии надлежащего снабжения кислородом они больше не могут жить.
4. Это неоспоримый факт, что каждая форма имеет вполне определенную продолжительность жизни. Одноклеточные организмы бессмертны; но для высших организмов с половым размножением продолжительность жизни почти так же характерна, как и любая морфологическая особенность вида. Ни один вид не может существовать, если естественная жизнь его особей не превосходит по длительности период половой зрелости и если средняя продолжительность жизни не достаточно велика для того, чтобы на свет появилось столько потомства, сколько необходимо для компенсации потерь от смерти. Самец пчелы умирает, не дожив до года, тогда как матка может жить несколько лет. У определенного вида бабочек, Psychidæ, партеногенетическая самка откладывает яйца, находясь еще в коконе, а затем погибает, так и не покидая его. Имаго поденки вылетает из воды вечером, спаривается, сбрасывает яйца в воду и на следующее утро погибает. Несовершенное состояние их жвал и пищеварительного канала делает их непригодными для долгой продолжительности жизни. Самцы коловраток, лишенные органов пищеварения, живут всего несколько дней.
В Неаполитанской зоологической станции в 1906 году актиния Actinia equina оставалась живой после пятнадцати лет содержания в неволе, а за другой актинией, Cerianthus, наблюдали в течение двадцати четырех лет. Коршельт содержал дождевых червей до десяти лет. Пресноводная моллюска может достигать возраста шестидесяти лет и более, а речные раки могут жить более двадцати лет. Различия в продолжительности жизни млекопитающих слишком хорошо известны, чтобы в них нуждаться. Если клетки и ткани бессмертны, то как получается, что продолжительность жизни столь характерна для каждого вида?
Мечников недавно исследовал причину «естественной» смерти у бабочки тутового шелкопряда. У бабочки этого вида отсутствуют органы, необходимые для приема пищи, как и у самца коловратки или поденок, и в силу этого она уже обречена на короткую жизнь. Мечников наблюдал, что эти бабочки могли жить двадцать три дня, но средняя продолжительность жизни составляла 15,6 дня для самцов и 16,6 дня для самок; при этом у семидесяти пяти процентов из них в кишечнике не содержалось никакой паразитической фауны или флоры. За время своей жизни они значительно теряют в весе, но самцы к моменту смерти все еще сохраняют жировое тело. Никаких изменений, сопровождающих «старость» у человека, в тканях этих бабочек перед смертью не обнаруживается. Мечников склонен полагать, что животное отравлено какими-то выделениями, задержанными в организме, а именно мочой, и что этот яд также вызывает симптомы слабости, которые характеризуют животное. Он смог доказать токсический характер их мочи на других животных. Это в сочетании с голоданием может служить достаточным объяснением короткой продолжительности жизни. Факты этого случая показывают, что она обусловлена несовершенством строения организма, какого следовало бы в большей или меньшей степени ожидать у каждого животного, если отбросить идею целесообразности и божественной мудрости в природе. Лишь ничтожная, быть может бесконечно малая доля тех видов, которые теоретически возможны и которые возникают в то или иное время, способна выжить. Те же виды, которые обладают долговечностью, демонстрируют все переходы от грубейших дисгармоний до кажущегося отсутствия подобных изъянов.
5. Минот пытался доказать, что смерть многоклеточных обусловлена большей дифференцировкой и специализацией их тканей. Признавая бессмертие одклеточных организмов, он утверждает, что смерть — это цена, которую многоклеточные платят за более высокую дифференцировку своих клеток. Это, конечно, чисто метафорически, но мы можем представить это в форме, доступной для обсуждения в физико-химических терминах, предположив, что смерть является необходимой стадией в развитии вида. Мы, однако, склонны следовать за Мечниковым и предполагать в качестве причины «естественной» смерти какой-то яд, случайно или неизбежно образующийся в организме, либо какое-то структурное несовершенство.
Необычайно благоприятным объектом для изучения естественной смерти является яйцеклетка животных. Яйцо морской звезды Asterias forbesii, извлеченное из тела, обычно незрело, но в сезон нереста оно созревает в морской воде. Автор наблюдал, что созревающие яйца распадаются очень быстро, если их не оплодотворить. Этот распад может быть обусловлен процессом автолиза, который начинается только после того, как яйцо выделило два полярных тельца. Автор обнаружил, что, предотвращая созревание яйца либо путем удаления кислорода, либо заменой щелочной морской воды нейтральным раствором, либо путем выдерживания яиц в течение некоторого времени в подкисленной морской воде, распад также можно предотвратить.
Дальнейшие эксперименты показали, что даже в зрелом яйце быстрый распад можно предотвратить недостатком кислорода, и аналогичные результаты были получены Мэтьюзом. Когда яйцо оплодотворено, оно не распадается в присутствии кислорода, но постепенно погибает в отсутствие кислорода. Возникает почти искушение сказать, что, в то время как оплодотворенное яйцо является строгим аэробом, зрелое неоплодотворенное яйцо представляет собой анаэроб. Последнее утверждение, однако, становится сомнительным, поскольку присутствие кислорода может способствовать распаду лишь косвенно, позволяя определенным изменениям происходить в яйце. Важными для нас моментами являются то, что продолжительность жизни зрелого неоплодотворенного яйца сравнительно коротка и что проникновение сперматозоида или процесс искусственного партеногенеза спасают жизнь яйцу. Леб и Льюис обнаружили, что жизнь неоплодотворенного яйца морского ежа (которое обычно зрело при извлечении из яичников) также может быть продлена, если подавить его окислительные процессы. Разрушение неоплодотворенного яйца, по-видимому, обусловлено тем фактом, что те изменения в кортикальном слое, которые лежат в основе образования мембраны и отвечают за запуск развития, происходят постепенно. В таком состоянии яйцо быстро погибнет, если его не лишить кислорода. Эта точка зрения подтверждается наблюдением Вастенея, согласно которому неоплодотворенные яйца Arbacia демонстрируют повышенную интенсивность окисления, если их оставить на некоторое время в морской воде; как мы видели в главе V, такое увеличение также сопровождает искусственное образование мембраны.