Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

старения должны быть разными. Следовательно, механизмы старения должны сильно отличаться между разными видами животных или даже между популяциями одного и того же вида. Этот прогноз антагонистической плейотропии, очевидно, неверен. Механизмы и признаки старения у различных организмов очень похожи друг на друга. Мутации в одних и тех же генах имеют аналогичное воздействие на старение у очень отдаленных видов (см. пример гена GHR выше).

Более того, механизмы старения сходны у короткоживущих и долгоживущих видов, что еще раз указывает на отсутствие эволюционных препятствий к увеличению продолжительности жизни. Если предположить, что крысы, живущие по два года, стареют из-за того, что эволюции сложно удалить негативные функции плейотропного гена X, то тогда возникает вопрос: как это получилось у древесных белок, живущих по двадцать лет? Почему крысы не эволюционируют в сторону такой же продолжительности жизни?

Эти явные расхождения с эмпирическими данными препятствуют переносу идей антагонистической плейотропии в практику и ограничивают ее значимость пределами теоретической биологии.

Итак, мы разобрались, что антагонистическая плейотропия не является экономичной моделью, поскольку ее ключевая предпосылка — существование плейотропных генов — не доказана и не правдоподобна. Неопределенность относительно природы плейотропных генов не позволяет нам ни определить точные причины старения, ни планировать исследования с опорой на эту теорию. С момента ее публикации прошло более шестидесяти лет, но она не привела к расцвету геронтологии, как можно было бы ожидать от правильной парадигмы. Следовательно, антагонистическая плейотропия обладает несколькими признаками плохих парадигм и, вероятно, является ошибочной.

Тем не менее эта теория привнесла в область эволюционной геронтологии две очень важные идеи:

• впервые постулирована концепция компенсации. Особь стареет, и это для нее эволюционно невыгодно, однако взамен она получает преимущества, которые перевешивают потери, понесенные из-за старения;

• привлечено внимание к мутациям, которые приводят к продлению жизни, но в то же время — к эволюционно невыгодным физиологическим последствиям.

19 Строго говоря, под определение «плейотропный ген» подойдут любые функции. Однако здесь и далее мы будем иметь в виду только те плейотропные гены, которые оказывают противоположное влияние на приспособленность в разном возрасте.

20 Археологами были найдены останки болевших малярией гоминидов, которые жили 145 000 и более лет тому назад. Но мы здесь говорим не о возникновении болезни, а именно о ее широком распространении в человеческой популяции.

21 Термин «рецессивный» означает, что только гомозиготы, имеющие две копии мутантного гена, имеют клинические симптомы. В то же время термин «доминантный» означает, что уже одной копии мутировавшего гена достаточно, чтобы заболеть. Серповидноклеточная анемия и муковисцидоз вызываются рецессивными мутациями, в то время как болезнь Гентингтона — доминантной.

Глава 9

Теория одноразовой сомы: недостаточные инвестиции в репарацию

В этой главе мы рассмотрим модель, которая вывела эволюционную теорию старения на следующий концептуальный уровень. Иногда она рассматривается как разновидность антагонистической плейотропии, а иногда — как независимая теория. Основание этой модели было заложено в 1977 году, когда британский статистик Томас Кирквуд предположил, что старение является побочным следствием недостаточно эффективной репарации 22 организма, вызванной экономией энергии [41]. Эта модель была поддержана известным британским молекулярным биологом Робином Холлидеем, соавтором Кирквуда по ряду публикаций.

Основополагающая идея одноразовой сомы 23 заключается в том, что количество энергии, аминокислот или других доступных животному питательных веществ ограничено. Животные могут инвестировать эти дефицитные ресурсы либо в репарацию повреждений, либо в размножение. Если организм интенсивно вкладывает в размножение и недостаточно инвестирует в репарацию, это может привести к высокой плодовитости и последующему быстрому старению. Плодовитые, но быстро стареющие организмы могут иметь эволюционные преимущества по сравнению с долгоживущими, но менее фертильными вариантами.

Как мы уже обсуждали в предыдущих главах, полезные признаки, проявляющиеся в молодости, могут легко перевесить вредные признаки, проявляющиеся в старости, поскольку не все животные доживают до позднего возраста. Неразрешенная проблема — природа связи между ранней плодовитостью и скоростью старения. В то время как антагонистическая плейотропия утверждает, что эти связи возникают хаотично и спонтанно, теория одноразовой сомы впервые постулировала существование фундаментальной, повсеместно встречающейся взаимосвязи между этими параметрами.

Рис. 9. Теория одноразовой сомы предполагает существование фундаментальной взаимосвязи между скоростью старения и эффективностью размножения. Если высокая продолжительность жизни животных приобретается за счет их низкой плодовитости, то они будут уступать в эволюционной борьбе более плодовитым, но быстро стареющим вариантам.

Кирквуд предположил, что «валютой», посредством которой организмы «покупают» высокую раннюю фертильность, служат энергия и питательные вещества, которые в итоге недоинвестируются в репарацию. Эта взаимосвязь может объяснить, почему механизмы старения единообразны у разных видов живых организмов: если физиологические причины старения одинаковы, то неудивительно, что и его механизмы сходны.

Однако трудно поверить, что энергия и питательные вещества действительно являются универсальной «валютой», которая определяет баланс между долголетием и плодовитостью. Давайте предположим, что животные живут в очень богатой среде, пищи достаточно, и ее хватает и на репарацию, и на размножение. Возможна ли такая ситуация?

В природе численность популяции животных может быть ограничена не только количеством пищи, но и другими факторами, например наличием хищников. Замечено, что истребление человеком хищников, таких как волки или львы, вызывает рост популяции копытных, например оленей или антилоп. Соответственно, в этом примере именно присутствие хищников, а не недостаток пищи, ограничивает численность травоядных.

Если мы предполагаем, что в отсутствие хищников пищи хватает на определенное число животных, то в присутствии хищников, когда число животных уменьшается, еда оказывается в избытке! С другой стороны, травоядные животные стареют именно в такой ситуации — в присутствии хищников и при избытке еды. А значит, недостаток энергии не может объяснить старение в этом случае — энергии должно хватать и на размножение, и на репарацию.

Рис. 10. Отстрел хищников приводит к росту числа копытных, следовательно, пища не является главной причиной ограничения их численности в отсутствие человека.

Напротив, долгоживущие виды часто встречаются в относительно скудных, располагающих к экономии ресурсов условиях, таких как пещерные, глубоководные или полярные экосистемы. Например, максимальная продолжительность жизни европейского протея (Proteus anguinus), широко известной пещерной амфибии, оценивается примерно в сто лет [42].

Многие долгожители-рекордсмены обитают в Северном Ледовитом океане:

• самое долгоживущее животное на Земле — моллюск Arctica islandica(более пятисот лет [43]);

• самое долгоживущее позвоночное — гренландская полярная акула Somniosus microcephalus(более трехсот лет [44]);

• самое долгоживущее млекопитающее — гренландский кит Balaena mysticetus(более двухсот лет [45]).

Таким образом, если ограничение ресурсов является значимым экологическим фактором, то это, скорее, приводит к увеличению продолжительности жизни, вопреки предсказаниям теории одноразовой сомы.

Посмотрев на