Кріобіологія (від кріо ... і біологія ), розділ біології, що вивчає дію на живі системи низьких і наднизьких температур (від 0°С до близьких до абсолютному нулю ). Основні завдання До. — вивчення життя в умовах холоду, з'ясування причин стійкості організмів до переохолодженню і замерзанню, дослідження ушкоджувальної дії негативних температур і способів захисту кліток і тканин при заморожуванні. Проблеми До. мають велике теоретичне значення, т. до. связаны із з'ясуванням нижніх температурних кордонів життя, механізмів адаптації в природних умовах до холоду (див. Морозостійкість,Холодостійкість ), суть анабіозу і т. п. Практичні аспекти До. пов'язані з методами зберігання і накопичення біологічних об'єктів, лікуванням за допомогою холоду (див. Кріотерапія ), виведенням морозостійких сортів рослин, вивченням зимівлі шкідників сільського господарства, з діяльністю людини в полярних умовах і космічною біологією.
Наукові основи До. закладені в кінці 19 ст російським вченим П. І. Бахметьевим, що вивчав явище переохолодження у комах і анабіоз у кажанів. П. Беккерель (1904—36) і австрійський учений Г. Рам (1919—24) встановили здатність різних організмів (мікроорганізми, безхребетні — тіхоходки, коловертки, нематоди), а також спор і насіння переносити у висушеному стані глибоке охолоджування (до —269 і —271°С, тобто до температур, близьких до абсолютного нуля). Надалі було показано, що деякі рослини і тварини виживають при замерзанні води, що міститься в них. Наприклад, такі високоорганізовані істоти, як гусениці деяких метеликів, заздалегідь загартовані, тобто адаптовані до холоду, «оживали» після тривалого заморожування при —78,—196 і навіть —269°С, коли вода в їх телі перетворювалася на кристалічний лід. Одна з основних проблем До. — з'ясування процесів, супроводжуючих охолоджування живих систем і ведучих до необоротних пошкоджень. Причин, що викликають пошкодження при охолоджуванні і замерзанні, багато. Велике значення має швидкість охолоджування і відігрівання. При повільному охолоджуванні спочатку переходить в лід вода рідини, що оточує клітку. Це приводить до втрати кліткою води, порушення сольової рівноваги між вне- і внутріклітинною рідиною, підвищенню концентрації електролітів в клітці. Деякі клітки внаслідок цього гинуть. Для того, щоб зберегти живими клітки рослин і деякі тканини тварин, потрібне дуже повільне охолоджування, при якому не відбувається різкої зміни концентрації речовин в клітці.
Для неадаптованих до холоду кліток особливо небезпечне обезводнення, т. до. возникают контакти внутріклітинних компонентів, які за нормальних умов роз'єднані; при цьому відбуваються розриви одні міжмолекулярних зв'язків і освіта інших, пошкодження клітинних мембран і т. д. Подібні явища можуть виникати і в разі утворення кристалів льоду усередині клітки. Останні утворюються зазвичай при швидкому охолоджуванні (понад 10 градусів в 1 мін ) . Після закінчення процесу охолоджування, при температурах вище — 120°С, починається зростання кристалів (перекристалізація, рекристалізація). Збільшення їх розмірів особливе значно при відігріванні. Вважають, що під час відігрівання і відтавання відбуваються основні пошкодження в клітках. Як правило, при освіті усередині клітки кристалів льоду вона гине; проте клітки деяких загартованих комах і злоякісних пухлин переносять внутріклітинну кристалізацію води.
При надшвидкому охолоджуванні із швидкістю декількох сотів градусів в 1 сік (таке охолоджування можливе лише в живих об'єктів, що мають мікроскопічні розміри) велика частина води перетворюється на аморфний лід, структура якого мало відрізняється від структури води. Завдяки цьому клітки не ушкоджуються і виживають незалежно від свого походження. Але після надшвидкого глибокого охолоджування клітки зберігають життєздатність лише при дуже швидкому відігріванні (за 3—10 сік ) , при якому можна уникнути рекристалізації. На практиці цей метод збереження кліток майже не застосовний зважаючи на неможливість надшвидкого охолоджування і відігрівання більш менш крупних об'єктів. Для збереження живих систем в умовах низьких температур застосовують захисні речовини — кріопротектори. Серед них найбільш відомі гліцерин, диметилсульфоксид, цукру, гліколі, які здатні проникати в клітку, і деякі полімерні з'єднання (полівінілпіролідон, поліетиленоксид і ін.), не проникаючі в неї. Кріопротектори ослабляють ефект кристалізації, змінюючи її характер, перешкоджають злипанню і денатурація макромолекул, сприяють збереженню цілісності мембран кліток. Кріопротектори отримали широке вживання в медицині і тваринництві для тривалого зберігання при низьких температурах крові, тканин, органів, а також сперми домашніх тварин, використовуваної для штучного запліднення.
Стійкість багатьох наземних організмів до температур нижче 0°С сильно змінюється протягом життєвого циклу, пов'язаного з сезонами року. Так, в комах і рослин сильно підвищуються холодостійкість і морозостійкість при переході до стану спокою (діапаузи у комах і кліщів) ще до настання морозів. На початку періоду спокою при температурах трохи вище 0°С відбуваються значні перебудови в обміні речовин і физико-хімічного стані кліток, що підвищують стійкість організмів (див. Гартування рослин ). Накопичуються жири глікоген, цукру, утворюються захисні речовини, змінюється полягання води і білків в клітках. Комахи залежно від їх екології набувають здатності сильно переохолоджуватися інколи до мінус 40°С або ще нижче. Деякі види комах і рослин зимують в замерзлому стані. Добре переносять низькі і навіть наднизькі температури багато мікроорганізмів (бактерії, дріжджі), мохи, лишайники і ін. Зазвичай їх холодостійкість пов'язана з швидким обезводненням підвищеною в'язкістю цитоплазми, наявністю оболонки, що перешкоджає проникненню кристалів в клітку, і ін. Життєдіяльність організмів (виключаючи теплокровних тварин) припиняється зазвичай при температурах декілька нижче 0°С, але деякі процеси обміну речовин можуть протікати при температурах біля —20°С (наприклад, дихання, фотосинтез) і навіть нижче. У зв'язку з цим представляє інтерес маловивчена біологія морських організмів, що мешкають на підводних льодах Антарктики.
Проблемам До. присвячені спеціальні журнали; щорік організовуються міжнародні симпозіуми і конференції кріобіологов.
Літ.: Ре Л., Консервація життя холодом, пер.(переведення) з франц.(французький), М., 1962; Сміт О., Біологічна дія заморожування і переохолодження, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1963; Клітка і температура середовища, М.— Л., 1964; Лозіна-Лозінський Л. До., Нариси по кріобіології, Л., 1972; Cellular injury and resistance in freezing organisms, Sapporo, 1967 (Proceedings of the International conference on low temperature science. Aug. 14—19, 1966. Sapporo, Japan, v. 2); Cryobiology, ed. Н. T. Meryman, L.— N. Y., 1966; The frozen cell, L., 1970; Mazur P., Cryobiology. The freezing of biological systems, «Science», 1970, v, 168 № 3934, P. 939.
