Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

Может ли быть так, что сходные причины объясняют отсутствие волос у человека и землекопов? И могут ли эти причины как-то быть связаны с необычайным долголетием у этих видов? Вы будете удивлены, но мы построим непротиворечивую гипотезу, связывающую эти неожиданные аспекты нашей биологии.

Краткое содержание части 4

В этой части мы рассмотрели факторы, коррелирующие с продолжительностью жизни, и исключения из них. Общая картина остается довольно запутанной.

Анализируя различия между видами животных, мы обнаружили, что большие размеры тела и низкая плодовитость хорошо коррелируют с долголетием. Интеллект и гибернация также показывают некоторую корреляцию, но она может быть побочным эффектом сниженной плодовитости и более позднего созревания. Уровень внешней смертности и скорость метаболизма, вопреки широко распространенному мнению, прямо не влияют на скорость старения. Долголетие несколько раз эволюционировало у летающих животных, и точные причины этого неизвестны. Голый землекоп и человек — аномальные долгожители среди млекопитающих. Также мы обсудили некоторые причудливые факторы, сопутствующие долголетию, такие как вампиризм у летучих мышей и отсутствие волос у людей и голых землекопов.

Кроме того, мы обнаружили, что при сравнении недавно возникших мутаций у особей одного и того же вида факторы, влияющие на старение, меняются, причем иногда — на прямо противоположные. Так, собаки мелких пород живут дольше своих сородичей больших размеров, и это также верно для карликовых мутантов других видов. В этом случае наблюдается обратная корреляция между размером и продолжительностью жизни в противоположность прямой корреляции, наблюдаемой при сравнении разных видов животных. Скорость обмена веществ или, точнее, температура тела негативно коррелирует с продолжительностью жизни на индивидуальном уровне: генетические мутанты с пониженной температурой живут дольше. Взаимосвязь между плодовитостью и долголетием не так очевидна на уровне особей, и в тех случаях, когда она обнаруживается, может быть обусловлена не самим деторождением, а сопутствующими факторами, например спариванием.

Экологические свойства

Сравнение видов

Сравнение мутантов

Большой размер тела

Увеличение продолжительности жизни

Уменьшение продолжительности жизни

Высокий уровень метаболизма

?

Уменьшение продолжительности жизни

Высокая плодовитость

Уменьшение продолжительности жизни

?

Полет

Увеличение продолжительности жизни

* * *

Интеллект

Увеличение продолжительности жизни?

* * *

Гибернация

?

?

Рис. 20. Свойства, коррелирующие с продолжительностью жизни

Можно ли объяснить все это, и если да, то как? На данный момент мы собрали достаточно загадок и, наконец, начнем строить теорию, которая должна их разрешить.

Часть 5

Гипотеза контроля патогенов: адаптивное старение как средство борьбы с эпидемиями

Глава 27

Почему инфекции?

Старение — почти повсеместное явление, а значит, и факторы, определяющие эволюцию старения, тоже должны встречаться повсеместно. Именно поэтому существует соблазн объяснить старение каким-нибудь универсальным законом физики или химии, например энтропией или окислением. Однако старение сильно варьируется между видами, а поэтому загадочный эволюционный фактор тоже должен быть вариабельным. Более того, он должен объяснять такие неожиданные вещи, как долгожительство летучих мышей-вампиров или укорочение жизни дрозофил, видевших трупики своих сородичей. Вписать такого рода наблюдения в одно уравнение с энтропией или окислением кажется весьма затруднительно.

На ум приходят лишь три достаточно распространенных и вариабельных фактора: питание, внешняя смертность и инфекционные болезни. Первые два фактора мы рассматривали выше в главах 9 и 24 соответственно. Оба они были сочтены недостаточными для того, чтобы объяснить старение как эволюционный феномен.

Теперь давайте рассмотрим инфекционные заболевания. Мы уже говорили, что заражение бактериофагами приводит к эволюции механизмов адаптивного самоубийства у бактерий (см. главу 14), то есть инфекции действительно могут быть чрезвычайно сильным селективным фактором. Паразиты(под этим термином мы понимаем вирусы, патогенные бактерии, простейшие и другие паразитические микро- и макроорганизмы) — сильнейшие драйверы эволюции на Земле. Почему это так? Почему именно паразиты, а не, например, хищники являются подобным уникальным фактором эволюции?

Во-первых, зададимся вопросом: заинтересованы ли паразиты в смерти своих хозяев? Конечно нет: смерть хозяина обычно приводит к смерти паразита. Поэтому паразиты часто приобретают более мягкие патогенные формы, чтобы сохранить жизнь носителей и продолжать свое существование и размножение. Этим они отличаются от хищников, которые обычно убивают своих жертв.

Во-вторых, паразиты часто узкоспециализированы и способны размножаться только в определенных видах животных. Для многих из них переход к паразитированию на животных другого вида может оказаться затруднительным. Из-за этого паразиты вынуждены «беречь» популяции своих хозяев, в то время как хищники, способные менять свою диету, гораздо меньше зависят от численности одного конкретного вида жертв.

В-третьих, паразиты обычно размножаются намного быстрее свободноживущих видов, а значит, и эволюционируют намного быстрее, чем хищники, и постоянно приспосабливаются к новым свойствам своих хозяев.

Давайте рассмотрим классический пример коэволюции хозяина и патогена, а именно миксоматоз в популяции европейских кроликов (Oryctolagus cuniculus), завезенных в Австралию [99]. Интродуцированные на новом континенте кролики к середине двадцатого века размножились в таких огромных количествах, что начали причинять ощутимый вред естественным экосистемам и сельскому хозяйству. Правительство Австралии решило использовать миксомавирус, чтобы сократить популяцию кроликов. Этот вирус передается кровососущими насекомыми и широко распространен в Америке; европейские кролики, которые исторически никогда не сталкивались с этой болезнью, чрезвычайно к нему восприимчивы. Буквально через несколько лет после интродукции вируса по всей Австралии начали встречаться тяжело больные кролики, покрытые язвами, с отекшими головами, ослепшие из-за этих отеков. Вскоре более 99 % всех кроликов погибли. Однако со временем их популяция снова начала расти. Те кролики, которым посчастливилось пережить первую волну эпизоотии 41, оказались устойчивы к миксоматозу, очевидно потому, что генетические варианты, чувствительные к болезни, от нее сразу погибли.

Любопытно, что циркулирующий в Австралии миксомавирус со временем тоже стал менее смертоносным даже при заражении обычных европейских кроликов, которые никогда раньше с ним не встречались. Почему это произошло? Первоначально, когда популяция кроликов была очень плотной, вирус, который быстро убивал хозяина, мог распространяться безо всяких проблем. Однако после того, как большинство животных погибли и плотность популяции упала, передача вируса стала менее эффективной. Если инфицированная особь гибнет до того как передаст болезнь другой особи, то этот вариант вируса погибнет вместе со своим последним хозяином. Таким образом, всего за несколько десятилетий, то есть за мгновение по эволюционным меркам, кролики и вирусы эволюционировали, а экосистема нашла новую точку равновесия.

Итак, в разреженной популяции кроликов вирус миксомы эволюционировал в более мягкую форму с более длительным инфекционным периодом, чтобы носитель имел больше шансов передать болезнь. Симптомы стали менее выраженными, а болезнь — более продолжительной. Остановилась ли эволюция на этом? Каково долгосрочное будущее этой эпизоотии?

Изначально ученые предполагали, что со временем