Текст книги "Жизнь без старости"
Автор книги: Максим Скулачев
Соавторы: Борис Фенюк,Владимир Скулачев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]
Принцип полезности бабушек и дедушек
1.5.1. Поститься полезно
Разные живые существа стареют по-разному – в этом читатель уже мог убедиться при чтении предыдущих глав. Растения-однолетники отравляют сами себя после того, как дадут семена, и под действием собственного яда в короткий срок теряют жизнеспособность и умирают. Примерно то же самое происходит с тихоокеанским лососем или с некоторыми видами американских опоссумов: начало периода размножения запускает программу, которая за короткий срок полностью разрушает организм. Примечательно, что в случае опоссумов это касается только самцов – они умирают, как и сумчатая мышь, в течение нескольких недель после гона. Самки же спокойно вынашивают, рождают и воспитывают детенышей, а при известной доле везения могут даже дожить до следующего периода размножения. Для вкусненьких опоссумов, которыми готовы полакомиться все кому не лень, везение жизненно необходимо!
Гигантские черепахи, гренландские киты и голые землекопы, наоборот, вообще не желают стареть, живут очень долго и умирают от разнообразных, обычно плохо понятных причин без видимых признаков одряхления. Основная же масса форм жизни, в том числе и люди, подвержены «классическому» варианту старения: после завершения роста и достижения половой зрелости начинается плавное, неуклонное ослабление всех жизненных функций. Как следствие, вероятность смерти растет с возрастом. Для человека этот процесс начинается с возраста 12-15 лет.
И здесь мы подходим к главному вопросу: какова природа старения? Является ли оно следствием медленного накопления случайных поломок и дефектов в нашем теле, способности которого к самовосстановлению ограничены, или же старение – результат специальной программы, записанной в наших генах?
Простого и однозначного ответа на этот вопрос сейчас нет, в первую очередь потому, что мы пока не знаем, насколько универсальны механизмы старения у разных организмов. В случае однолетних растений, тихоокеанского лосося и вышеупомянутых опоссумов очевидно, что их смерть – следствие работы генетической программы. В случае людей или крыс это уже совсем неочевидно. Но факт наличия у организма неких «резервных мощностей», которые в определенных условиях могут быть задействованы для того, чтобы замедлить старение, сомнений не вызывает. И способ, которым можно задействовать эти мощности, также хорошо известен. Нужно просто меньше есть.
Речь идет о том, что называется учеными «ограничение калорийности питания» и на сегодняшний день является единственным научно доказанным методом увеличения продолжительности жизни для млекопитающих. Если вы думаете, что это знание – результат научного прогресса последних лет, то вы ошибаетесь. Открытие это было сделано почти 80 лет назад. Биохимик и диетолог Клайв МакКей обнаружил, что если взять две группы крыс и предоставить одной группе есть столько пищи, сколько животные хотят, а другой группе давать на 30-50% меньше (но сохранить полную дозу витаминов и микроэлементов), то крысы, сидящие на диете, будут жить заметно дольше, чем крысы-обжоры. Особенно ярко этот эффект проявился у самцов: одна из «голодающих» групп жила почти на 85% дольше контрольной группы! Причем воздержанность в пище приводила не только к увеличению средней продолжительности жизни, но также заметно увеличивала и ее максимальную продолжительность.
Еще 80 лет назад было научно доказано, ЧТО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ жизни ДОСТОВЕРНО увеличивается при ограничении питания.
Удивительно, но это открытие долгое время оставалось в разряде «забавных курьезов биологии», и несколько десятилетий никто всерьез не изучал чудодейственные последствия ограничения калорийности питания. Но по мере роста интереса ученых к проблеме старения этот феномен привлекал к себе все больше и больше внимания. Эксперименты МакКея были многократно воспроизведены в разных лабораториях; тот же эффект был показан на мышах, а затем в США начался масштабный эксперимент по изучению влияния ограничения питания на обезьян. На момент написания этой книги эксперимент еще не закончен, так как часть наблюдаемых животных пока еще жива (крыса живет около трех лет, а максимальная продолжительность жизни макаки-резуса – сорок лет). Но предварительные результаты уже достаточно однозначно указывают на то, что и у обезьян ограничение питания замедляет старение и продлевает жизнь (рис. 4).
Ажиотаж вокруг вышеописанного явления вполне понятен: ведь если у людей ограничение калорийности питания будет работать так же, как у крыс и мышей, то средняя продолжительность нашей жизни вырастет до 110-120 лет, а максимальная превысит 150! Головокружительные перспективы, не правда ли?
Впрочем, если побороть головокружение и взглянуть на вещи более трезво, то в бочке меда сразу обнаружится пара-тройка ложек дегтя. Во-первых, мы – не мыши. Мышиный век короче нашего примерно в 20 раз, и вовсе необязательно, что нашу и без того почти рекордно долгую для млекопитающих жизнь можно дополнительно «разогнать» житьем впроголодь так, как это получается у грызунов. Во-вторых, даже если биология старения у нас окажется такой же, как у наших братьев меньших, то согласились ли бы вы, читатель, всю жизнь провести впроголодь ради того, чтобы жить на пару десятков лет дольше? В-третьих, современный мир, независимо от того, нравится нам это или нет, в значительной степени управляется жаждой прибыли. Человеческая мысль и усилия направлены в сторону изобретения вещей, которые можно продать. А ограничение питания продать нельзя. Поэтому вряд ли можно ждать большой рекламной кампании на этот счет, даже если ученые докажут, что пост замедляет старение человека.
Но есть во всей этой истории «долголетия впроголодь» один очень важный аспект, посылающий нам весьма яркий луч надежды.
Он заключается в том, что старение в принципе можно замедлить! А это значит, что – если не полностью, то в значительной степени – мы стареем не так, как стареют автомобили, и что старение – это программа. Если бы старение было просто следствием накопления «поломок» в организме, то ограничение питания должно было бы лишь ускорять его! Ведь меньше калорий – это меньше энергии на «ремонт» и на поддержание организма в хорошей форме.
Продление жизни млекопитающих в ответ на ограничение питания означает, что в организме существует значительный резерв жизненных сил, который можно использовать для замедления старения. И сейчас многочисленные ученые по всему миру пытаются понять, каким образом это происходит и как можно задействовать этот резерв без того, чтобы пожизненно мучить себя жестким недоеданием.
Старение в принципе можно замедлить.
Если У ЛЮДЕЙ ОГРАНИЧЕНИЕ ПИТАНИЯ РАБОТАЕТ так же, как у других млекопитающих, СРЕДНЯЯ продолжительность нашей жизни вырастет до 110-120 лет. Ученые выясняют, как можно задействовать этот резерв без того, чтобы пожизненно мучить себя жестким недоеданием
Но вернемся к главной теме этой главы – к природе старения. Если наша гипотеза верна, то «классическое» старение – то есть медленное и согласованное ослабление всех жизненных функций с возрастом – это явление, запрограммированное в наших генах. Иными словами, в какой-то момент (в возрасте около 12-14 лет) наш организм начинает медленно, но верно сам себя разрушать. Зачем могла понадобиться такая странная и вредная программа; почему в ходе эволюции естественный отбор не вымел «ущербных» стареющих животных?
5.1.2. О пользе «железных старцев»
В главе 11.3 мы уже разобрались с тем, что в ходе эволюции у живых организмов могут сохраняться генетические программы, вредные для индивидуума, но полезные для популяции. Но какая польза для популяции может быть в нелепом медленном самоотравлении индивидов, образующих эту популяцию? Попробуем разобраться.
Представим себе два вида животных: один обычный, стареющий, а другой – из разряда вечно юных счастливчиков. Посмотрим сначала на стареющих животных. Большинство особей в популяции – это или подрастающее потомство, или молодые, полные сил особи. Старение, безжалостно отнимая жизненные силы у тех, кто постарше, приводит к тому, что с определенного возраста более зрелые особи проигрывают молодым в брачном соперничестве, и их шансы на размножение начинают резко падать. Вместе с этим падают и шансы успешно избегать опасностей, находить пищу, сопротивляться болезням и паразитам. При таком положении вещей печальный финал не заставит долго себя ждать, и чем старше становится животное, тем меньше у него шансов встретить очередной рассвет.
Старики не выживают в дикой природе: «молодым везде у нас дорога». В результате старение приводит к ускорению смены поколений и к большей скорости эволюции и пластичности популяции в быстро меняющихся условиях.
Но давайте взглянем повнимательней на тех «железных старцев», которые все же – несмотря на преклонный возраст и снижение общей жизнеспособности – ухитряются продолжать жить в безжалостном мире клыкастых врагов и не менее клыкастых молодых сородичей. Как им это удается? Наверняка у них есть какие-то особо ценные свойства, дающие им преимущества перед основной массой прочих животных того же вида. Или – говоря на языке биологии – у них есть некие полезные гены, обеспечивающие в данных условиях обитания заметное эволюционное преимущество, позволяющее им успешно конкурировать за пищу и размножение с более сильными молодыми особями. В результате получается, что благодаря старению популяция быстрее обогащается ценными в данных условиях генами. То есть, кроме общего ускорения эволюции за счет удаления более взрослых особей из размножения, старение также может помогать отбирать возникающие новые полезные признаки.
Благодаря полезным свойствам «железных СТАРЦЕВ» ПОПУЛЯЦИЯ БЫСТРЕЕ ОБОГАЩАЕТСЯ ЦЕННЫМИ В ДАННЫХ УСЛОВИЯХ генами. Значит, старение также может помогать отбирать возникающие новые
ПОЛЕЗНЫЕ ПРИЗНАКИ И СПОСОБСТВОВАТЬ УСКОРЕНИЮ эволюции.
А что у нас творится в популяции нестареющих животных? Там возраст – это скорее преимущество, ведь сил меньше не становится, плюс еще и приходит опыт – «сын ошибок трудных». Кроме того, нередко нестареющие животные растут всю жизнь, а размер, как ни верти, имеет значение. В результате смертность у нестареющих животных вполне может падать с возрастом, а успешность размножения – расти. Получается популяция, где небольшое число пожилых особей подавляет массу молодых сородичей, вытесняя их в брачной конкуренции и не давая места под солнцем. Очевидно, что генетическое разнообразие такой популяции будет гораздо ниже, чем в такой же популяции стареющих животных. Более того, так как накопление ошибок в генетическом материале все же происходит – пусть и медленно, но неизбежно, – великовозрастные нестареющие «патриархи» и «праматери» со временем будут давать все менее и менее «качественное» потомство. Все это вместе означает, что при резкой перемене условий обитания (а в природе это происходит с завидной частотой: то ледниковый период случится, то вулкан извергнется и климат поменяется, то какой-нибудь чужеродный вид приплывет с соседнего материка и всех сожрет) нестареющая популяция имеет гораздо меньше шансов пережить эту перемену. Ведь чем генетически разнообразнее популяция, тем больше вероятность, что какая-то часть ее особей окажется лучше приспособлена к новым условиям.
С нашей гипотезой о старении как механизме ускорения эволюции и увеличения пластичности популяции хорошо согласуется тот факт, что большинство нестареющих животных существуют в высокостабильных условиях внешней среды. Киты, рыбы, морские ежи, омары – все они живут в океане, где изменения происходят крайне медленно. Голый землекоп также спрятался от переменчивых условий внешнего мира под землей, где и температура, и влажность, и все прочее почти постоянно. А большинство остальных животных продолжает «толкаться» на поверхности Земли, где что ни день, то новая напасть и сегодня никогда нельзя с уверенностью сказать, что ждет тебя завтра. Поэтому неудивительно, что если бросить на живую природу быстрый поверхностный взгляд, то кажется, что старение вездесуще, универсально и неизбежно. Ан нет! Вполне возможно, что старение – это лишь способ ускорить собственную эволюцию, повысить «эволюционируемость» – гибкость и приспособляемость к быстро сменяющимся внешним условиям. И вполне вероятно, что именно поэтому феномен (программа?) старения, несмотря на его очевидную вредность для каждой отдельной особи, закрепляется эволюцией и является столь широко распространенным в живой природе.
Несколько лет тому назад мы предложили гипотезу о том, что старение может быть способом ускорения эволюции. У Эзопа есть афоризм, что заяц всегда убежит от лисы, так как для него это вопрос жизни и смерти, а для нее – всего лишь проблема обеда. Сказанное означает, что лисы не участвуют в естественном отборе зайцев. По-видимому, такое утверждение справедливо применительно к молодым, сильным зайцам. Но так ли это, если мы примем во внимание, что при старении заяц бежит все медленнее? Рассмотрим следующий умозрительный эксперимент. Два молодых зайца, один поумнее, а другой поглупее, встретив лису, имеют практически равные шансы удрать от врага просто потому, что бегают гораздо быстрее лисы («сила есть – ума не надо!»). Однако с возрастом умный заяц получит преимущество перед глупым, и это преимущество может оказаться решающим, когда скорости бега зайцев снизятся из-за старения до скорости бега лисы. Теперь у умного зайца, который, увидев лису, тотчас пустится наутек, будет гораздо больше шансов спастись, чем у глупого, который замешкается, а значит, только умный будет продолжать плодить зайчат. В результате заячья популяция поумнеет.
В этот момент нам часто задают вопрос: если старение такая полезная штука, то, получается, что геронтологи хотят навредить человечеству как виду, замедлив нашу эволюцию и таким способом лишив нас перспективы развития? Не стоит ли вообще запретить исследования в этом направлении? Конечно же, нет.
Старение полезно как инструмент ускорения эволюции. В остальном от НЕГО одни неприятности. Поскольку эволюция человека давно прекратилась, то старение ему уже ни к чему.
Мы больше не являемся объектом естественного отбора, обеспечивающего выживание индивидов, наиболее приспособленных к условиям окружающей среды. Если нас что-то не устраивает в этой среде, мы изменяем ее, а не меняемся сами. Если нам холодно, то мы не ждем, пока у нас и наших потомков вырастет мех. Вместо этого мы давно научились облачаться в шкуры зверей и разводить огонь. Если окружающая среда пытается сгубить нас микробами, мы не выводим более устойчивую к инфекциям когорту людей, а изобретаем антибиотики. Хорошо это или плохо, но эволюция человека как вида практически остановилась. Ее место занял технический прогресс. По-видимому, программа старения у человека обречена на исчезновение и рано или поздно отомрет, как это уже случилось у нестареющих животных, не имеющих врагов и поэтому не испытывающих давления естественного отбора. А это значит, что наше старение – вредный и отмирающий атавизм, борьба с которым разумна и оправдана.
Заметим, что если старение необходимо для ускорения эволюции, то начинаться оно должно очень рано, чтобы животное успевало существенно состариться, оставаясь при этом в репродуктивном возрасте. Действительно, ослабление иммунной системы начинается где-то между 10 и 15 годами, тогда же начинает замедляться заживление ран и аккомодация зрительного аппарата. Уменьшение мышечных волокон в скелетных мышцах заметно уже после 20 лет, ослабление остроты зрения – с 30 лет, уменьшение объема легких с 35 лет, а эластичности кожи – с 45 лет. В животном мире если особь уже не размножается, то она как бы невидима для эволюции. Какой бы невероятно полезный новый признак она ни несла в своих генах, их уже невозможно передать следующим поколениям. У большинства животных эта проблема не стоит: в суровых естественных условиях они нечасто доживают до окончания детородного возраста – менопаузы. Человек в этом смысле является одним из исключений. Но если задуматься, оно только подтверждает правило.
Представим себе жизнь первобытных людей. Их существование принципиально не отличалось от животного. И они редко доживали до менопаузы – то есть до 50-60 лет. Средняя продолжительность жизни первобытных людей, по-видимому, не превышала 30 лет. И это вполне соответствует ситуации у остальных животных. Действительно, зачем нужны прогрессу особи, которые уже не могут участвовать в процессе эволюции? Для нее старики становятся прямо-таки вредными, занимая место молодых и отнимая у них еду и кров.
У Homo sapiens, в отличие от предыдущих, менее продвинутых версий приматов, есть два принципиальных улучшения – громадный объем коры полушарий головного мозга и очень тонко работающий голосовой аппарат. В результате после долгих экспериментов эволюция получила существо, которое может передавать информацию своим потомкам не только генетически, в виде молекулы ДНК в сперматозоиде и яйцеклетке, но и вербально – с помощью речи. Другими словами, если за той горой живут пещерные медведи, то не нужно ждать, пока за тысячи лет возникнет и закрепится в генах врожденная боязнь горы вот такой формы, расположенной в этом месте. Можно просто сказать этим молодым идиотам, чтобы не ходили за ту гору безоружными и поодиночке, – там пещерный медведь.
Эволюция ПРИВЕЛА К ПОЯВЛЕНИЮ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОГО В ЖИВОТНОМ МИРЕ СУЩЕСТВА – ЧЕЛОВЕКА РАЗУМНОГО, HOMO SAPIENS, КОТОРОЕ МОЖЕТ ПЕРЕДАВАТЬ ИНФОРМАЦИЮ СВОИМ ПОТОМКАМ НЕ ТОЛЬКО ГЕНЕТИЧЕСКИ, В ВИДЕ МОЛЕКУЛЫ ДНК,
НО И С ПОМОЩЬЮ РЕЧИ. С точки ЗРЕНИЯ ПОЛЕЗНОСТИ ДЛЯ ВИДА ТАКОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ КАРДИНАЛЬНО МЕНЯЕТ РОЛЬ ПОЖИЛЫХ ОСОБЕЙ, НАХОДЯЩИХСЯ В СОСТОЯНИИ МЕНОПАУЗЫ
Разумеется, человеку как виду такой способ передачи информации через поколения дал колоссальные преимущества по освоению окружающей среды, которыми мы с удовольствием пользуемся и по сей день.
Но с точки зрения полезности для вида такое изобретение кардинально меняет роль пожилых особей в состоянии менопаузы. Они тоже получают возможность работать на улучшение качества молодого поколения, снабжая его информацией, которую приобрели в течение всей своей жизни и сохраняют не в генах, а в памяти головного мозга. Проблема заключается в том, что не все бабушки и дедушки могут этим заниматься. То есть часть из них – полезные бабушки и дедушки – действительно учат молодняк, а другие лишены дара преподавания, косноязычны, путают медведя с медведкой, или туповаты и мало что помнят, или просто противные мизантропы и общаться с ними никому неохота. В первобытные времена такие бабушки и дедушки были бы откровенно вредными, занимали бы чужое место, ели бы зря еду, да еще бы и на молодые мозги капали. В общем – снижали бы жизнеспособность популяции Homo sapiens.
В качестве весьма смелой гипотезы можно предположить, что за время существования первобытного человека (а это не так уж и мало: многие тысячи лет) могли возникнуть механизмы, ускоряющие или замедляющие работу программы старения в зависимости от того или иного фактора жизни человека. В свете вышеизложенной концепции «полезных» и «вредных» бабушек и дедушек разумно предположить, что старение «полезных» стоило бы замедлить, чтобы дать им возможность обучить побольше молодежи. А вот старение «вредных» можно было бы и ускорить в интересах остальных особей.
Мы СТАРЕЕМ МЕДЛЕННЕЕ, ДОЛЬШЕ СОХРАНЯЕМ МОЛОДОСТЬ, ПОКА НУЖНЫ «СВОЕМУ
племени». Организм каким-то образом
МОЖЕТ ИЗМЕРЯТЬ ЭТУ «НУЖНОСТЬ» и способен БИОХИМИЧЕСКИ РЕГУЛИРОВАТЬ СКОРОСТЬ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ СТАРЕНИЯ.
Наблюдения ученых, да и просто жизненный опыт подтверждают эту гипотезу. Похоже, что мы действительно стареем медленнее, дольше сохраняем молодость, пока нужны «своему племени». Организм каким-то образом чувствует эту «нужность» и способен биохимически регулировать скорость работы программы старения. Из этого можно сделать очень серьезные практические выводы, но на них подробно остановимся в главе 1.10 «Как продлить свою молодость и дожить до 122 лет».
ГЛАВА 1.6
Враг внутри нас
Если генетическая программа старения существует, то как же она может быть устроена? Самый первый ответ на этот вопрос пришел от червячков-нематод Caenorhabditis elegans. В 60-е годы прошлого века этим мелким, всего в 1 мм длиной, червячкам выпало счастье попасться на глаза будущему нобелевскому лауреату Синдею Бреннеру, который счел их идеальными лабораторными животными. Червячки оказались неприхотливы в плане содержания и питания; тела их были прозрачны, и можно было легко наблюдать все нюансы их жизни на уровне отдельных клеток. Кро-
ме того, эти червячки быстро развивались, быстро размножались и быстро старели: вся жизнь их укладывалась в 20 дней.
Благодаря этим важным для исследователей свойствам червячки стремительно покорили мир экспериментальной биологии, в том числе и в области изучения старения. Вскоре было обнаружено, что повреждение гена аде-1 у этих нематод приводило к резкому (почти в два раза!) увеличению продолжительности жизни. При этом никаких серьезных побочных эффектов, вроде неспособности к размножению или пониженной сопротивляемости организма, не наблюдалось. Даже наоборот, червячки-мутанты были активнее, подвижнее и жизнеспособнее своих диких сородичей.
То есть получается, что аде-1 – в чистом виде «ген старения», сокращающий жизнь своим носителям. Зачем он нужен обычным, не мутированным червячкам? Дальнейшие исследования показали, что продукт этого гена задействован в защитных реакциях на стресс. И выключение этого гена заставляло организм червячка всю жизнь функционировать в «форсированном режиме».
«Ну и в чем же проблема? – спросите вы. – Отчего бы не жить всю жизнь в состоянии повышенной мобилизации, если такая жизнь получается длиннее и насыщеннее?» В случае чер-вячков-мутантов оказалось, что дело в перерасходе энергии. При полном изобилии пищи и дикие, и мутантные червячки росли одинаково хорошо, но в условиях чередования голода и сытости дикие червячки размножались и выживали лучше, вытесняя мутантов из совместной культуры. Судя по всему, «форсированный режим» слишком энергозатратен и в дикой природе в условиях жесткой конкуренции себя не оправдывает.
Но черви-нематоды при всех своих чудесных свойствах мало похожи на людей. Как обстоят дела с генами старения у наших более близких родственников? Оказалось, что «гены старения» можно найти и у млекопитающих. В конце прошлого века ученые
заметили, что так называемые карликовые мыши – декоративная порода миниатюрных мышек, выведенных когда-то в Японии (по одной из версий – для того, чтобы кормить в неволе мелких змей), – живут заметно дольше своих сородичей обычного размера. Выяснилось, что причина долголетия карликовых мышей заключается в дефектах генов, отвечающих за выработку гормона роста. Однако, в отличие от шустрых червячков, мутантные мыши расплачивались за свое долголетие размерами тела и способностью к размножению.
Программа старения человека, если она
СУЩЕСТВУЕТ, МОГЛИ БЫ БЫТЬ ЗАКОДИРОВАНА В НЕСКОЛЬКИХ ГЕНАХ, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ, ПОМИМО ПОДЛОГО «САБОТАЖА»
С ЦЕЛЬЮ РАЗРУШЕНИЯ НАШЕГО ОРГАНИЗМА, НУЖЕН ЕЩЕ ДЛЯ КАКОЙ-ТО ЖИЗНЕННО ВАЖНОЙ ФУНКЦИИ.
Если говорить о человеке, то, к сожалению, вероятность наличия у нас таких единичных «генов старения» крайне мала. Если бы они существовали, то время от времени (примерно один раз на 5 миллионов человек) в них происходили бы случайные мутации, и тогда мы должны были бы наблюдать экстремальных долгожителей. Однако ничего подобного пока не наблюдалось, и распределение людей по продолжительности жизни достаточно ровное. Это означает, что программа старения – если она существует – закодирована в нескольких генах, каждый из которых, помимо подлого «саботажа» с целью разрушения нашего организма, нужен еще для какой-то жизненно важной функции.
1.6.1. Активные формы кислорода – причина старости?
Есть легенда, что французские роялисты, придя к власти на смену Наполеону, так неудачно сослали его на остров Эльбу, что решили не повторять своей ошибки и, вторично пленив своего самого страшного врага, не только отправили бывшего императора куда подальше – на остров Святой Елены, но еще и приказали тамошнему секретному агенту добавлять в пищу Наполеону немного мышьяка, чем постепенно свели его в могилу.
Если старение есть медленное самоубийство, то и в этом случае организм мог бы использовать какой-нибудь подходящий яд. Говорят, что смерть от употребления лекарств вышла на третье место (после сердечно-сосудистых заболеваний и рака) среди причин гибели людей в наступившем новом тысячелетии. Однако ясно, что люди начали стареть гораздо раньше, чем изобрели первое лекарство. Результаты остеопороза, типичного признака старения костей, были обнаружены в ископаемых скелетах самых древних Homo sapiens.
Ясно, что мы стареем не из-за мышьяка, который неудобен уже тем, что организм сам его не производит. В то же время есть ядовитые соединения, образуемые в ходе нормального обмена веществ в организме. Это так называемые активные формы кислорода (АФК), которые возникают в клетках нашего тела в процессе дыхания.
Дыхание для человека – синоним жизни. Пока я дышу, пока мое сердце бьется – я жив. Дыхание столь естественно для нас, что люди обычно не замечают его и не задумываются о том, как оно происходит и что за ним стоит. К счастью, этот пробел в общечеловеческой любознательности активно заполняют ученые всех мастей, от медиков до химиков и физиков. Попробуем взглянуть на дыхание глазами биолога.
Для современного биолога дыхание – не только и не столько «вдох-выдох, нос сопит, стекла запотели». Для биолога дыхание – это сложный биохимический процесс получения необходимой нашему телу энергии путем реакций различных питательных веществ с кислородом. Дыхание, по сути, – это то же самое, что горение, то есть реакция окисления веществ кислородом воздуха. Только происходит оно гораздо более медленно, постепенно и под жестким контролем организма.
Наши дыхательные пути и легкие решают проблему доставки кислорода из воздуха в кровь и высвобождения из крови углекислого газа. Наш желудочно-кишечный тракт обеспечивает поступление в кровь питательных веществ из пищи. Кровь доставляет кислород и питательные вещества ко всем клеткам нашего тела. Внутри практически каждой клетки есть специальные сложные структуры – органеллы, названные митохондриями, которые отвечают за главный этап дыхания – за «сжигание» питательных веществ кислородом и получение необходимой для жизни клетки энергии. Тут и начинается самое интересное.
1.6.2. Знакомьтесь: митохондрии!
Митохондрии – это вытянутые пузырьки внутри клетки, отделенные от остального ее содержимого двумя тонкими мембранами, состоящими из липидов и гидрофобных белков – жирных, нерастворимых в воде молекул (рис. 5). Эти мембраны – самое главное в процессе дыхания. Мембраны похожи на тонкие масляные пленки; они непроницаемы для большинства
водорастворимых молекул и ионов. Мембраны играют важнейшую роль в жизни клетки, надежно отделяя клетку от окружающей среды, а клеточные органеллы – от прочего внутриклеточного содержимого (цитоплазмы).
Внешняя мембрана митохондрий – гладкая, а внутренняя многократно складчата. В качестве аналогии можно представить еще не надутый воздушный шар, который смяли и засунули внутрь маленького воздушного шарика, а затем начали надувать. Маленький шарик снаружи будет круглый и гладкий, а большой шар внутри будет сморщенный и весь в складках.
Такое странное устройство мембран необходимо митохондриям, чтобы увеличить площадь внутренней мембраны. Ведь именно в этой мембране, прочно засев в ее жирной толще, находятся белки-ферменты, осуществляющие дыхание, т.е. окисление питательных веществ кислородом.
Дыхательные ферменты работают подобно миниатюрным насосам: сжигая «топливо», они перекачивают с одной стороны мембраны на другую электроны, а в обратную сторону – ионы водорода. Электроны несут отрицательный заряд, а ионы водорода – положительный. В результате работы дыхательных ферментов внутренняя мембрана митохондрии заряжается как конденсатор: внутри митохондрии получается минус, а снаружи – плюс. Жирная мембрана является хорошим электрическим изолятором и надежно держит высокое напряжение. Без этого митохондриям не обойтись – ведь напряженность электрического поля на внутренней мембране превышает 200 киловольт на сантиметр!
Затем энергия, накопленная в виде разности потенциалов на внутренней мембране митохондрий, используется для синтеза «энергетической валюты» клетки – аденозинтрифосфата (АТФ). Это – последний этап дыхания. Наверняка вам рассказывали про АТФ на уроках биологии еще в школе. Полученные молекулы АТФ покидают митохондрии, распределяются по всей клетке и используются везде, где необходимо провести энергозатратную химическую реакцию, будь то синтез ДНК, РНК или белков, транспорт ионов или питательных веществ в клетку или из нее, движение внутриклеточных органелл и т.д. При этом АТФ расщепляется с выделением необходимой энергии, а продукты его распада отправляются в митохондрии, чтобы там, на внутренней мембране, вновь соединиться в АТФ в процессе дыхания. Масштаб этого процесса иллюстрируется цифрой: взрослый человек образует в день 40 кг АТФ, чтобы расщепить все это количество за тот же срок при совершении разных видов работы. Таким образом, АТФ работает в клетке «универсальным посредником» между всевозможными питательными веществами, которые мы потребляем (чтобы получить необходимую для жизни энергию), и разнообразными биохимическими реакциями, в которых эта энергия используется.
Все это имеет самое прямое отношение к проблеме старения. Дело в том, что некоторые из белков-ферментов, которые сидят во внутренней мембране митохондрий и осуществляют процесс дыхания, делают это не совсем «чисто». То есть в ходе окисления питательных веществ кислородом получаются весьма вредные побочные продукты – активные формы кислорода (АФК). В силу своей химической неустойчивости и высокой реакционной способности АФК быстро и агрессивно реагируют практически с любыми органическими молекулами. В первую очередь это липиды и белки, образующие мембраны.
С липидами АФК расправляются особенно жестоко. Даже один-единственный зловредный радикал ОН* (одна из АФК) может начать цепную реакцию окисления: поврежденная молекула липида сама становится радикалом, повреждает следующую молекулу и так до тех пор, пока очередной радикал не встретит мо-лекулу-антиоксиданта, способную прервать этот порочный круг. Если это не случится, дело может дойти до повреждения ДНК, что особо опасно, так как может привести к искажению «инструкций» для синтеза белков, и в результате в клетке начнут появляться дефектные белки, мешающие ее нормальной жизни.
