Текст книги "Жизнь без старости"

Автор книги: Максим Скулачев

Соавторы: Борис Фенюк,Владимир Скулачев
сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

1.2.4. Феноптоз у рыб, птиц и зверей

Примеры феноптоза среди растений и беспозвоночных давно уже не составляют секрета для ботаников и энтомологов. Для них совершенно очевидно, что запрограммированная смерть отдельных индивидуумов – это широко распространенное и биологически оправданное явление. Думаю, что им даже не очень понятно, почему мы поднимаем столько шума из-за такой банальности. Но одно дело – какие-то насекомые и растения, а другое – «высшие» животные – позвоночные. То есть рыбы, земноводные, рептилии, птицы и звери. И мы с вами. Быть может, именно среди них работает принцип бесценности жизни каждого отдельного индивида? Если такое высокоорганизованное существо, как тихоокеанский лосось, сумело вырасти, избежав кучи опасностей в море, то как же можно позволить себе такое расточительство, как самоубийство этой замечательной рыбины?

К сожалению для каждого конкретного лосося, и к счастью для всего вида этих рыб, они относятся к однократно размножающимся существам. Чтобы выиграть гонку за выживание у других видов, они придумали следующий трюк. Взрослые лососи живут в море, где много еды, но и куча опасностей. Вздумай они размножаться там, их икра и мальки были бы легкой поживой для самых разных хищников. И лососи бежали. Когда приходит пора размножения, лососи покидают море и начинают долгое путешествие вверх по впадающим в него рекам, доходя до самых верховий с кристально чистой водой. То есть водой, в которой практически нет никакой еды, и она не может прокормить никаких серьезных хищников. Именно здесь лососи нерестятся. Но чем будут питаться их мальки? Как это ни ужасно – своими родителями. Правда, не напрямую. Сразу после нереста лососи погибают и их тела поедают мелкие рачки, бешено размножаясь на таком пиршестве. Представьте – живешь себе, голодаешь в «кристальной чистоте» заводи горной реки, питаешься неизвестно чем, каждая крошка провианта на счету и тут в эту заводь плюхается многокилограммовое чудовище и, немного побарахтавшись, сдыхает. Вот он, праздник для всей водоплавающей мелюзги! И этими-то страшно размножившимися на телах родителей рачками и питается молодняк лосося, оставив с носом орды морских хищников. Что особенно для нас важно, биологи опять-таки сумели предотвратить запрограммированную смерть лосося при помощи удаления у взрослых рыб определенных органов: гонад или коры надпочечников.

Складывается впечатление, что феноптоз существует у любых однократно размножающихся существ. Есть они и среди млекопитающих – например, австралийская сумчатая мышь (рис. 2), самцы которой совершают биохимическое самоубийство сразу после сезона размножения. Подробнее особо дотошный читатель углубит свои познания о феноптозе у позвоночных в части II, раздел 11.2.4.

Биологи СУМЕЛИ ПРЕДОТВРАТИТЬ ЗАПРОГРАММИРОВАННУЮ СМЕРТЬ ЛОСОСЯ ПУТЕМ УДАЛЕНИЯ У ВЗРОСЛЫХ РЫБ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ ИЛИ КОРЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ.

Чтобы привлечь самку в период гона, самцы этой мыши, как и другие животные, выделяют феромоны. Оказалось, что помимо самок, под действие этих летучих веществ подпадают и сами самцы. Их улавливает специальный вомероназальный орган, который (не сразу, а при отностительно длительном воздействии феромона) подает пока еще неизвестный сигнал в мозг, вызывающий разбалансирование гормональной системы этих симпатичных зверьков. Резко повышается продукция кортикостероидов, аномально подскакивают уровни адреналина и норадреналина, что в конце концов приводит к острой почечной недостаточности и смерти самцов сумчатой мыши. Кстати, можно кардинально продлить их жизнь, если просто никогда не показывать им самок. Тогда они не впадают в состояние гона, феромоны не выделяются и мышь не запускает смертельную программу феноптоза.

Обратите внимание, что австралийская мышь, как и дрожжи (о них речь шла в главе 1.1.3), использует феромон в качестве орудия феноптоза, хотя биохимические механизмы действия этого орудия в двух названных случаях оказываются совершенно различными.

Может показаться, что, приводя примеры запрограммированных самоубийств однократно размножающихся существ, мы ломимся в открытую дверь. Если одному или обоим родителям суждено погибнуть после размножения, то такое событие по определению должно быть как-то запрограммировано. На самом деле эти факты – скорее логическая преамбула к еще более интересной истории про феноптоз животных, которым разрешено размножаться многократно. Об этом – в следующей главе.

ГЛАВА 1.3

Смертоносные программы внутри нас: мифы и реальность

Задайте кому-нибудь из ваших знакомых или друзей вопрос: «Что вы знаете о леммингах?» Наиболее частыми ответами будут: «Ничего!» или же вы услышите занимательную историю о массовом самоубийстве в мире животных. Лемминги – небольшие грызуны, родственные хомячкам, обитающие в тундре и лесотундре Евразии и Северной Америки. Как и все прочие грызуны, они хорошо делают две вещи: едят и размножаются. Когда их становится слишком много, они съедают все съедобное вокруг, начинается голод, и часть

животных мигрирует прочь от изначального места обитания. В начале XX века в одной из детских энциклопедий была высказана смелая гипотеза: численность леммингов резко сокращается потому, что мигрирующие группы на самом деле не ищут новых мест обитания, а попросту сбрасываются с обрывов в море. Эта вполне безумная гипотеза, вероятно, тихо сгинула бы при очередном переиздании энциклопедии, но так случилось, что драматический образ массового самоубийства симпатичных хомячков был взят на вооружение студией Уолта Диснея и в конце 50-х годов прошлого века был запечатлен на кинопленку, а затем показан с киноэкранов миллионам детей. Тот факт, что съемки были постановочные, что леммингов доставили к месту съемки самолетом и что их специально сбрасывали с небольшого обрыва под прицелом кинокамеры, остался за кадром. В результате получился один из самых широко распространенных мифов о животных, закрепивший за леммингами славу существ, склонных к массовому суицидальному безумию. К реальности этот миф, увы, не имеет ни малейшего отношения.

Но в природе существуют и примеры настоящего самоубийства многократно размножающихся животных. Один из них – самоотверженная защита медоносными пчелами своего гнезда. Пчела, ужалив врага, оставляет в его теле свое жало и вскоре сама умирает. В этой ситуации тоже есть нечто понятное и близкое нам, людям – пойти на верную смерть ради благополучия своей семьи.

Всем известно, что многие животные идут на риск для жизни или даже на верную смерть, защищая свое потомство. Эта поведенческая модель близка и человеку: спасти своего ребенка, не жалея себя или даже ценою своей жизни вовсе не кажется поступком странным или противоестественным.

Как же в ходе эволюции могли закрепиться такие поведенческие модели, если они серьезно повышают вероятность гибели животного или его потомков? Ответ заключается в том, что во всех подобных примерах одна жизнь приносится в жертву ради жизней нескольких животных своего вида или же животное идет на не очень большой риск ради того, чтобы уберечь сородичей от риска гораздо большего. Таким образом, в итоге сохраняется больше животных данного вида, и альтруистичная модель поведения оказывается эволюционно выгодной.

Гибель одного животного ради жизней НЕСКОЛЬКИХ ДРУГИХ животных СВОЕГО ВИДА оказывается эволюционно ОПРАВДАННОЙ И ГАРАНТИРУЕТ ВЫЖИВАНИЕ ВИДА.

Примеров подобного альтруизма достаточно много, и не только среди животных. Так, излюбленный объект ученых – бактерии кишечной палочки – иногда в ответ на поражение вирусом разрушают собственные клетки еще до того, как вирус размножится у них внутри и вызовет гибель. Таким образом бактерии, по-видимому, предотвращают распространение вирусной инфекции в популяции. Нечто похожее наблюдается и у высших животных, в том числе и у человека. При сепсисе, который иногда называют просто заражением крови, большое количество бактерий, попадая в кровь, вызывает тяжелое патологическое состояние организма – септический шок, который может привести к смерти. Как это ни печально, около 40% жертв сепсиса отправляются в мир иной, несмотря на все старания врачей их спасти.

Но позвольте, скажете вы, разве это не бактерии убивают человека при сепсисе, унося каждый год более ста тысяч жизней только в России? Представьте себе, нет! Бактерии не виноваты. Точнее, виноваты, но не потому что «съедают» человека изнутри или отравляют ему кровь, а просто потому, что они появились в крови. Причиной шокового состояния и смерти от сепсиса служит вовсе не вред, наносимый бактериями, а реакция организма на их наличие. Определенные вещества, присутствующие только в бактериях, в первую очередь – липополисахариды (ЛПС), вызывают в организме воспалительную реакцию. Это разумно: в ответ на развитие инфекции у нас поднимается температура и активируются прочие иммунные механизмы, помогающие бороться с микробами. Но если по каким-то причинам инфекция продолжает развиваться, то по мере увеличения концентрации ЛПС в крови воспалительная реакция организма лавинообразно нарастает, выходит из-под контроля, и в итоге может привести к саморазрушению и смерти. В некотором смысле это похоже на аллергию, когда одно присутствие чужеродного вещества – даже безвредного – вызывает неадекватно бурный иммунный ответ, вплоть до анафилактического шока и смерти.

Биологический смысл гибели человека от заражения крови в том, чтобы не ДАТЬ РАСПРОСТРАНИТЬСЯ потенциально опасной инфекции, попавшей в его

ОРГАНИЗМ.

Очевидно, что с точки зрения организма самоубийственная реакция септического шока вредна. Гораздо разумнее было бы бороться с инфекцией «до последней капли крови», задействовать все силы организма на уничтожение бактерий. Если инфекция пересилит – что ж, увы. Но сдаваться еще до того, как иссякли силы для борьбы – это попросту глупо! В чем же смысл такой гипертрофированной реакции на бактериальное заражение? Почему организм убивает себя при массовом бактериальном заражении, даже если оно само по себе еще не несет смертельной опасности? Биологический смысл этого явления может быть следующим: как можно скорее уничтожить носителя потенциально опасной для вида инфекции и тем самым предотвратить ее распространение. Вредная для организма программа сохраняется потому, что приносит пользу популяции. Если вы хотите подробнее узнать о септическом шоке как частном случае феноптоза, см. часть II, раздел 11.3.2.

В любом случае сам факт наличия у живых организмов генетических программ, вредных для организма, но полезных для популяции, не вызывает сомнений. И вполне может быть, что старение – тоже одна из таких программ.

ГЛАВА 1.4

Жизнь или размножение – что выбрать?

1.4.1. Что определяет продолжительность жизни?

У верблюда два горба, потому что жизнь – борьба». Эта веселая присказка по сути является универсальным и вполне научно точным объяснением всего удивительного разнообразия форм жизни на нашей планете. Как это ни печально звучит с точки зрения человеческой морали и норм гуманизма, но жизнь любого организма возможна только ценой смерти других организмов. Это может быть очевидным: вот прыгал зайчик, прыгал – а лиса его съела. Это может быть скрыто, как в случае конкуренции растений за солнечный свет и органические вещества почвы – но это почти всегда так. Любая форма жизни размножается и распространяется как можно шире, и ограничивают ее в этом только внешние факторы, в первую очередь – недостаток доступной энергии и ресурсов из-за предельно жесткой конкуренции. И буйство жизни вокруг, которым мы обычно восхищаемся, – это арена непрекращающейся безжалостной битвы, в которой одни организмы прямо или косвенно убивают и съедают других, чтобы выжить самим. Ведь каждый живой организм – это «лакомый кусочек», готовые питательные органические вещества, которые можно использовать и как источник энергии, и как материал для того, чтобы поддерживать себя любимого.

Но в эволюционной игре выживание, как ни странно, не есть наивысшая ценность. Чаще борьба идет за размножение; побеждает не тот, кто дольше проживет, а тот, кто сумеет наиболее эффективно размножиться в условиях, когда все вокруг хотят того же самого и норовят оттяпать кусок твоей еды, а при возможности и кусок тебя самого. И стратегия в этой игре зависит от тысячи факторов и от решений миллионов других игроков. В одних условиях может оказаться выигрышным сделать ставку на скорость, плодиться быстро и не жалеть себя; в других – наоборот, сделать краеугольным камнем самосохранение и размножаться медленно, но верно, максимально оберегая и себя, и потомство.

Все это – вещи достаточно тривиальные для любого читателя, знакомого с современной теорией эволюции. Какое же отношение это имеет к старению?

Самое прямое. Первое: главное – не жизнь, а эффективность размножения. Второе: любое живое существо вынуждено жертвовать одним во имя другого, потому что доступные ресурсы и энергия ограничены. И рыбку съесть, и на велосипеде покататься не выйдет – конкуренты опередят в гонке за размножение и вытеснят с лица Земли. Отсюда следует простой вывод: тратить ресурсы на поддержание жизни живому существу имеет смысл только в том случае, если у него еще есть шансы оставить потомство. Этот вывод – количественный: чем меньше шансов оставить потомство, тем меньше ресурсов и энергии следует тратить на самоподдержание.

Чем меньше шансов у живого существа

ОСТАВИТЬ ПОТОМСТВО, ТЕМ МЕНЬШЕ ЭНЕРГИИ И РЕСУРСОВ ОНО ТРАТИТ НА ПОДДЕРЖАНИЕ СВОЕЙ ЖИЗНИ.

Что же в таком случае можно ожидать увидеть в мире, где каждый день (не говоря уже о ночах!) тебя подстерегают тысячи опасностей и тысячи голодных ртов в буквальном и переносном смысле жаждут тебя слопать? Очевидно, что в таком мире выжить каждый следующий год жизни будет все менее и менее вероятно. Значит, и вероятность оставить потомство также будет снижаться. И чем более враждебен для тебя мир вокруг, чем больше ежедневный риск смерти, тем быстрее будет это снижение. Соответственно, тем важнее будет быстрота размножения, и тем меньше смысла тратить ценные ресурсы на поддержание собственной жизни.

Наблюдаемое в природе положение вещей полностью подтверждает эту логическую цепочку. Насекомые, грызуны и прочие мелкие и беззащитные животные имеют короткий век, а рекордсменами по продолжительности жизни являются такие неуязвимые гиганты, как киты, крупные рыбы и гигантские черепахи. Птицы и летучие мыши, получив дар полета, также могут позволить себе жить долго и обзаводиться потомством без лишней спешки – уйдя из кипучей битвы за жизнь на поверхности земли, они резко снизили риск смерти. Да и мы с вами, уважаемый читатель, тоже можем служить иллюстрацией этого явления: человеческий разум дал нам как виду уникальную возможность свести к минимуму большую часть опасностей, подстерегающих высших обезьян в природе. И по продолжительности жизни мы также с солидным отрывом опережаем всех наших родственников-приматов. Пара сотен тысяч лет эволюции в относительно комфортных условиях уже привели к тому, что продолжительность жизни человека заметно увеличилась. И если нам так хочется жить до двухсот лет – нужно всего-навсего подождать еще пару сотен тысячелетий, продолжая существовать в цивилизованном и безопасном мире. Но мы хотим жить дольше уже сейчас или хотя бы через несколько десятков лет! – и это правильно.

Вышеприведенные соображения – это достаточно общепринятые в научном сообществе взгляды на продолжительность жизни и старение как результат работы естественного отбора. Подытожим их кратко.

1) Живому существу требуются ресурсы и энергия: как для поддержания собственного тела в хорошей форме, так и для размножения.

2) Ресурсы и энергия жестко ограничены и за них идет острая конкуренция. Каждая калория на счету!

3) В эволюционной борьбе часто выигрывает тот, кто эффективнее размножается, даже малюсенькое преимущество здесь через сотни поколений приведет к полному вытеснению тех, кто плодится похуже.

4) Если среда обитания враждебна и ежедневный риск смерти высок, то оптимальной эволюционной стратегией будет вкладывать как можно больше ресурсов в размножение, в том числе и «в ущерб здоровью».

5) Чем меньше ресурсов организм тратит на себя самого, тем быстрее будет его износ и старение.

Важный и не совсем очевидный вывод из этого: старение вовсе не является обязательным атрибутом жизни. Ведь каждое живое существо, от букашки до слона, развивается из одной-единствен-ной клетки, выстраивает свое удивительное сложное тело, растет и взрослеет, и, наконец, достигнув половой зрелости, приступает к размножению. По сравнению со всем этим задача поддерживать уже сформированное тело и не давать ему слабеть выглядит куда более простой. Большинство опасностей уже позади, рискованные периоды младенчества, детства и юности в прошлом; организм находится на пике своих возможностей – казалось бы, живи и размножайся! И некоторые животные и растения так и делают.

Знакомьтесь: сосна остистая межгорная, рекордсмен по долголетию на нашей планете. Пять тысяч лет – более чем преклонный возраст, не правда ли? Когда египтянам впервые пришло в голову построить пирамиду, некоторым из ныне живущих сосен была уже не одна сотня лет! И никаких признаков дряхлости, старческого упадка и прочих атрибутов старости! Более того, в размножении тысячелетние сосны-старушки и старики не менее активны и успешны, чем их юные, столетние сородичи.

Но деревья – это неинтересно, скажете вы. Они совсем другие, и мы привыкли к тому, что среди них есть долгожители. Те же знакомые всем нам дубы, хоть и не пирамиды, но времена Пушкина прекрасно помнят. А как обстоят дела с долгожителями в царстве животных?

Тоже очень неплохо. Двустворчатый морской моллюск Arctica islandica, обитающий в холодных водах северной Атлантики и Северного Ледовитого океана, живет более четырехсот лет, не ведая особых забот. А вот исполинская черепаха: старейшие экземпляры доживали до двухсот пятидесяти лет, и опять-таки незаметно, чтобы столь преклонный возраст отрицательно сказывался на их физической форме и половых способностях. Некоторые представители морских окуней (Sebastes aleutianus) также живут более двухсот лет, и, глядя на особо зрелые экземпляры, никак нельзя сказать, что старость для них – не радость и что они в чем-то уступают всякой столетней мелюзге, которая им в пра-пра-правнуки годится.

Ну а среди млекопитающих, есть ли они – нестареющие счастливцы? Оказывается, есть. Гренландский кит, судя по всему, не подвержен снижению жизнеспособности с возрастом. Поэтому неудивительно, что он также является и рекордсменом по продолжительности жизни среди млекопитающих более двухсот лет! Справедливости ради отметим, что второе место с результатом в 122 года на момент написания этой книги держим мы, люди. Однако здесь дело может быть просто в отсутствии достоверной информации о многих других видах долгоживущих млекопитающих.

1.4.2. Не болеют и не стареют – есть и такие

Гренландский кит, однако, не единственное нестареющее млекопитающее. Еще один пример нашелся на земле, а точнее – в ней. Речь идет о небольших грызунах своеобразного вида, живущих в Африке, – голых землекопах (Heterocephalus glaber). Это мелкие безволосые животные, на вид более всего напоминающие сосиску с зубами, (рис. 3). В семье не без урода, и голый землекоп, несомненно, выиграл бы в обширной семье грызунов конкурс за место урода номер один. Поставьте рядом пушистых морских свинок, симпатичных крохотных мышат, хитрых и ловких крыс – и безволосого, подслеповатого зубастого землекопа, и выбор станет очевиден.

Но как часто бывает, под личиной гадкого утенка прячется удивительный, почти волшебный зверь.

Старение

ВОВСЕ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ АТРИБУТОМ ЖИЗНИ.

Голые землекопы живут в Африке в саваннах и полусаван-нах, где роют в твердой, как бетон, почве длинные системы подземных ходов. В этом лабиринте живет семья из примерно ста животных. Правит семьей царица, и правит безжалостно и жестоко. Она третирует всех остальных самок и не дает им обзаводиться потомством. Сама же она купается в любви и внимании двух-трех мужей и практически непрерывно размножается. Остальные же самцы и самки исполняют в семье роль рабочих, солдат и добытчиков пищи. Солдаты отважны: если в тоннель проник опасный враг, то солдат, перед тем как вступить в схватку, дает сигнал остальным, и те замуровывают за его спиной ход, оставляя его один на один в смертельной битве.

А еще у голых землекопов до сих пор не обнаружена такая страшная болезнь, как рак. И ученые всего мира пытаются

разобраться в этой загадке и узнать тайну здоровья ужасной сосиски с зубами. Но самый главный удивительный секрет этих неприглядных зверей заключается в том, что они не стареют.

В отличие от нас с вами с возрастом голые землекопы не становятся слабее, не покрываются морщинами (если не считать тех, которые появились еще в юности), не теряют зубов, сохраняют энтузиазм и прыть в вопросах продолжения рода и не снижают жизнеспособности в целом.

Отчего же умирают эти загадочные звери? Обычные голые землекопы, которые не участвуют в размножении, а выполняют разные хозяйственные задачи – прогрызают новые тоннели, защищают гнездо от змей и от посягательства соседних семей землекопов, приносят царице пищу и т.п., – гибнут в основном от внешних причин (стычки с родственниками, с соседними кланами землекопов, с врагами). Вообще жизнь рядового голого землекопа полна опасностей и не слишком долга – в среднем около трех лет. Однако царица (и ее мужья), находясь на полном довольствии в безопасных укрытиях в сердце лабиринта тоннелей, живут гораздо дольше – десятки лет. В неволе, где голым землекопам не угрожают голод, змеи и воинственные соседи, рекорд их долголетия на сегодня – 32 года, причем уже ясно, что это не предел – наблюдения за этими грызунами в лаборатории еще не окончены.

32 года жизни – это много или мало? Все познается в сравнении. Обыкновенная мышь – животное примерно того же разряда, что и голый землекоп: и та, и другой – грызуны, и они почти одинаковы по размеру. Однако мышь живет около 3 лет и к концу этого срока седеет, сутулится, плешивеет и демонстрирует все прочие признаки старения. Голый землекоп живет как минимум в 10 раз дольше, и даже через 30 лет

по-прежнему бодр и весел! Этот феномен не мог не привлечь внимания ученых, и после многолетнего изучения голых землекопов в неволе было установлено, что вероятность смерти этих грызунов не зависит от их возраста. То есть они не стареют в отличие от нас, людей, у которых век хоть и дольше, но тем не менее с возрастом вероятность смерти резко увеличивается. Более подробно о голом землекопе см. часть II, разделы 11.5.1.

Многолетнее изучение голых землекопов В НЕВОЛЕ ДОКАЗАЛО, ЧТО ЭТИ ЖИВОТНЫЕ НЕ стареют: вероятность смерти этих грызунов ОЧЕНЬ НИЗКА И НЕ зависит от их возраста.

Наличие нестареющих животных позволяет нам утверждать одну очень важную вещь: феномен старения – вовсе не «обязательная программа» для живых существ, населяющих нашу планету. Этот феномен появляется лишь там, где дает преимущества с эволюционной точки зрения.

Теперь, когда мы разобрались в причинах происхождения феномена старения и узнали, что некоторые счастливые обитатели Земли, в число которых люди почему-то пока не попали, уже вовсю наслаждаются жизнью без старости, пришло время вернуться к главному вопросу: как же устроено старение живых существ? Является ли оно программой, согласно которой наше тело медленно, но верно портится по намеченному еще при зачатии плану? Или же мы, подобно автомобилю, накапливаем потихонечку то тут, то там различные повреждения и в итоге постепенно приходим в полную негодность просто потому, что изначальный дизайн всех частей и узлов рассчитан на некий определенный срок эксплуатации? Вопросы эти вовсе не праздны. Чтобы победить старение, в первом случае нам достаточно разобраться в том, как работает программа старения, и сломать ее, а во втором – полностью менять весь дизайн и устройство нашего тела. Второй, к сожалению, в ближайшие несколько десятилетий не имеет шансов воплотиться в жизнь. Первый вариант – вполне посильная задача для современной биологии.

ГЛАВА 1.5