Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

недель нянька становится фуражиром и начинает сбор пыльцы и нектара вне улья. Переход от одной профессии к другой сопровождается резкими переменами в физиологии пчелы: снижается количество вителлогенина, падает число иммунных клеток и т. д. Поработав некоторое время фуражиром, пчела умирает от старости или от внешних факторов. Однако при некоторых условиях рабочие пчелы могут значительно увеличить свою продолжительность жизни. Например, если температура окружающей среды падает, пчелы переходят в состояние диапаузы, в котором они могут пережить холодный сезон. Если королева гибнет, а вывести новую не получается, то рабочие пчелы могут стать трутовками, то есть начать нести неоплодотворенные яйца, из которых вылупляются только самцы-трутни. Трутовки живут дольше обычных рабочих пчел. В случае гибели пчел-нянек части фуражиров приходится вернуться в улей, чтобы позаботиться о личинках и куколках. В этом случае по крайней мере часть тех физиологических изменений, которые произошли с ними при смене профессии, обращаются вспять: число иммунных клеток растет, а количество вителлогенина повышается. Является ли это омоложение полным или частичным, еще предстоит установить (по [50]).

Этот пример показывает, что омоложение механически возможно, по крайней мере у пчел. Мало того, омоложение оказывается связанным с какой-то проблемой, иначе почему оно происходит, как только колония сталкивается со смертельной угрозой? Почему пчелы выбирают бо́льшую продолжительность жизни, только если перед ними стоит выбор между долголетием и гибелью колонии? Почему они избегают этого в оптимальных условиях? Какие экологические издержки связаны с омоложением? Современная наука не имеет ответов на эти вопросы. Далее в этой книге мы попробуем их найти, но сперва обсудим, вписывается ли омоложение пчел в классические теории старения.

Теории антагонистической плейотропии и одноразовой сомы часто объединяют общей формулой «покупай сейчас, плати позже». Обе они могут быть истолкованы так: организмы стареют, потому что они «берут кредит» у самих себя в будущем, получают преимущества в молодости, однако в более позднем возрасте вынуждены расплачиваться за эти преимущества старением. Обе теории предлагают несколько разные механизмы этой «транзакции», но общая картина остается сходной.

Мы можем легко адаптировать эти идеи для пчел: если только небольшая часть рабочих особей доживает до старости, то нет причин вкладывать в репарацию слишком много. Некоторые рабочие пчелы могут умереть от старости, но эти небольшие потери будут компенсированы повышением физической формы молодых особей (по версии антагонистической плейотропии) или экономией энергии за счет недоинвестирования в репарацию в более молодых и многочисленных когортах (по версии одноразовой сомы). Однако эта логика работает только до тех пор, пока мы не вводим возможность омоложения.

Если зависимость биологического возраста от времени немонотонна (иначе говоря, возраст может не только увеличиваться, но и уменьшаться со временем), то старые пчелы, достигшие предела своей жизни, могут не умереть, а омолодиться и продолжать служить колонии. Описанные выше эксперименты показывают, что в принципе это биологически возможно.

Может ли быть так, что омоложение является очень дорогим процессом, требующим инвестиции большого количества энергии? Это маловероятно. Для того чтобы количество пчел в улье сохранялось на постоянном уровне, сообществу придется произвести новую пчелу, которая займет место умершей от старости. Может ли производство новой особи обойтись дороже, чем репарация старой? Выше мы обсуждали подобные предположения в контексте теории одноразовой сомы и пришли к выводу, что они противоречат законам сохранения массы. Тело взрослой пчелы содержит больше питательных веществ, чем одно яйцо; следовательно, омоложение старой особи всегда должно быть дешевле, чем выращивание новой.

Некоторые исследователи продолжают считать, что омоложение обходится непомерно дорого. Для этого им нужно предположить, что омоложение организма — это не просто замена поврежденных клеток и молекул на равноценные, но и некие дополнительные издержки, которые могут превышать энергетическую стоимость всего старого, поврежденного организма. Однако природа этих расходов неясна, и ученые не заметили значительных энергетических затрат при омоложении пчел. Таким образом, нет никаких научных оснований полагать, что омоложение энергетически дороже, чем создание нового организма.

Следовательно, сама физическая возможность омоложения несовместима с теориями типа «покупай сейчас, плати позже». Действительно, банковские кредиты были бы невозможны после изобретения машины времени: заемщики просто отправились бы назад во времени, чтобы вернуть свой долг, не выплачивая процентов или попросту передавали бы деньги самим себе в прошлом. Омоложение — это аналогичный механизм погашения долга за повышенную приспособленность в молодом возрасте, которая позволяет избежать старения. Если омоложение возможно, то, исходя из предсказаний классических теорий, оно должно быть эволюционно выгодно для каждой особи, достигающей возраста старения.

Тем самым, если исходить из теорий «покупай сейчас, плати позже» 29, отсутствие омоложения как широко распространенного в природе явления — доказательство его физической невозможности. Однако пример медоносных пчел противоречит этому тезису. Он указывает, что омоложение механически возможно, но связано с некими необъясненными проблемами, и потому пчелы прибегают к нему только в крайних случаях. Заманчиво предположить, что именно эти экологические проблемы являются причиной того, что омоложение так мало распространено у животных.

Таким образом, если исследования, описывающие омоложение, не имеют серьезных технических недостатков и если механическая возможность сделать взрослый организм моложе может быть распространена на более широкий спектр видов, это формально докажет ошибочность теорий «покупай сейчас, плати позже» и в то же время даст нам надежду на омоложение человека, которое эти теории исключают.

27 У медоносных пчел такие королевы не являются полноценными, поскольку из их яиц выводятся одни трутни.

28 Следует отметить, что, хотя физиологическое омоложение пчел хорошо охарактеризовано, увеличение продолжительности жизни было постулировано исследователями, но не было аккуратно продемонстрировано или точно измерено.

29 Не говоря уже о моделях накопления повреждений, предполагающих, что старение неизбежно.

Глава 11

Кризис эволюционной парадигмы в геронтологии

Давайте резюмируем неполноту нашего понимания старения. Как мы обсуждали выше, существующие эволюционные теории не в состоянии дать удовлетворительное объяснение старению и послужить отправной точкой для разработки антивозрастной терапии. Несмотря на это, они по-прежнему широко обсуждаются и цитируются. Непоследовательность этих гипотез затрудняет их взаимодействие с другими разделами биологии, что часто приводит к путанице и заблуждениям.

В качестве примера можно привести программную статью «Смягчение бремени возрастных соматических мутаций» [53], в которой авторы постулируют центральную роль соматических мутаций в старении. Соавторами этой статьи является группа первоклассных ученых, написавших множество интересных экспериментальных работ, некоторые из них считаются классическими. В статье подробно рассматриваются молекулярные и генетические механизмы соматических мутаций и их потенциальная роль в старении.

Однако, когда дело доходит до эволюционных аспектов, авторы предполагают, что «накопление соматических мутаций, связанных с возрастом, неизбежно из-за отсутствия эволюционного давления в пользу защиты целостности генома после