Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

органах и тканях [115]. Эта концепция оказалась плодотворной, она принята большинством ученых и продолжает развиваться. Сегодня мы знаем, что системное хроническое воспаление усиливается с возрастом даже при отсутствии инфекций. Маркеры воспаления коррелируют с риском возрастных заболеваний, таких как рак, сердечно-сосудистые заболевания, депрессия, остеопороз, диабет и сенильная деменция [116]. Эти работы показывают, что иммунная система играет важную, если не центральную роль в старении, а воспаление приводит к его ускорению.

Значит, мы нашли аргументы в пользу того, что продолжительность жизни может быть ареной эволюционной борьбы между хозяевами и патогенами. Для патогенов может быть полезно продлить инфекционный период, увеличив продолжительность жизни хозяина, в то время как хозяин, если он заражен, может ускорять собственное старение, чтобы предотвратить распространение патогена.

Итак, гипотеза контроля патогенов прошла первый тест на прочность. Но способна ли эта теория выдержать критику, обычно выдвигаемую против моделей адаптивного старения? В главе 28 мы обнаружили, что адаптивное старение в рамках модели контроля патогенов может удовлетворять неравенству Гамильтона. Однако это не единственная теоретическая проблема, которую нужно решить, прежде чем мы поверим, что старение может быть запрограммированным и адаптивным процессом (см. главу 13). Вторая проблема — отсутствие биологически бессмертных мутантов со «сломанной» программой старения. Может ли модель контроля патогенов объяснить и этот парадокс?

Глава 31

Почему нестареющие мутанты так редки?

Отсутствие бессмертных мутантов — один из главных аргументов против запрограммированного старения. Если программа самоуничтожения существует, должна быть возможность деактивировать ее при помощи мутаций в генах, которые ее запускают. Поскольку мы пока не преуспели в поисках таких мутаций, то старение якобы не может быть программой.

Этот аргумент игнорирует тот факт, что биологическое бессмертие должно было по крайней мере один раз появиться в ходе эволюции млекопитающих. Биологически бессмертные голые землекопы имеют общего предка со всеми другими видами грызунов, для которых характерно нормальное старение. Этот общий предок, несомненно, не был биологически бессмертным животным. Таким образом, пренебрежимо медленное старение эволюционировало по крайней мере однажды, и на определенном этапе у биологически смертной матери должен был родиться биологически бессмертный детеныш-мутант.

Однако отсутствие мутантов с отключенным старением, полученных экспериментальным путем, все еще требует объяснения. Если старение — это программа, то она по какой-то причине должна иметь очень высокую эволюционную устойчивость. Почему и как эволюция предотвращает мутации, препятствующие старению? Гипотеза контроля патогенов предлагает два аргумента, потенциально объясняющих это явление.

Аргумент 1

Животные выработали механизмы противодействия попыткам паразитов подавить старение. В главе 29 мы обсуждали, что паразиты могут удлинять жизнь своего хозяина, переключая хозяйские механизмы пластичности продолжительности жизни. Значит, если бы старение можно было отключить каким-то простым способом, например инактивировав один или два гена, то патогены могли бы использовать эту возможность с выгодой для себя: они бы постоянно отключали старение и, таким образом, продлевали бы свое существование в теле особи, а следовательно, и период инфицирования.

Исходя из этой логики, хозяева должны были приобрести эволюционные адаптации, чтобы затруднить возможность патогенов замедлять старение. Такая защита может включать существование нескольких дублирующих систем, обеспечивающих устойчивость программы старения даже в случае, если одна из систем будет подавлена патогеном.

Кроме того, программа старения может быть тесно переплетена с какими-то жизненно важными функциями. В этом случае предотвращение старения может привести к поломке этой функции и смерти организма. Возможно, именно поэтому некоторые экспериментальные попытки заблокировать старение мышей приводили к созданию животных, предрасположенных к развитию рака и, как следствие, короткоживущих [117]. Например, такие результаты получаются при сверхэкспрессии факторов Яманаки (белков, способных перепрограммировать клетку и «омолаживать» ее, делая похожей на клетки зародыша).

Эти наблюдения исторически интерпретировались исследователями как свидетельство существования плейотропных генов: увеличение продолжительности жизни ведет к потере жизнеспособности. Альтернативное объяснение, предлагаемое теорией контроля патогенов, заключается в существовании «ремней безопасности», не позволяющих паразитам безнаказанно отключить старение.

Аргумент 2

Организмы выработали «ремни безопасности» для стабилизации адаптивного старения, вредного в краткосрочной перспективе, но полезного на более длительном отрезке времени. Вторая гипотеза, объясняющая эволюционную стабильность старения, приходит из эпидемиологического моделирования. Давайте рассмотрим модель из главы 28 подробнее.

Напомним ее суть: мы обнаружили, что долгоживущие мутанты могут быть вытеснены короткоживущими особями в присутствии эпидемии хронической стерилизующей болезни. Теперь давайте посмотрим, что происходит с короткоживущими родственниками долгоживущего мутанта. Первоначально, прежде чем патогены распространятся в популяции долгоживущих хозяев, короткоживущие особи будут проигрывать в борьбе за существование. После внедрения патогенов баланс сместится в пользу короткоживущих вариантов. Однако короткоживущие особи, обитавшие рядом с тем местом, где появились первые долгоживущие мутанты, к этому времени уже будут вытеснены.

Тем самым наличие долгоживущих мутантов в семье может оказаться очень вредным: сначала благодаря долгой жизни они захватят жизненное пространство и вытеснят своих короткоживущих родичей, однако затем вымрут из-за эпидемий. Эта динамика необычна, так как одна и та же черта — долголетие — является выгодной в краткосрочной и пагубной в долгосрочной перспективе. Таким образом, не только долгожительство само по себе, но даже способность производить долгоживущих мутантов может рассматриваться как эволюционно вредный признак. Особи, способные производить таких мутантов, будут рано или поздно вытеснены.

Может ли эволюция создать механизмы, препятствующие появлению таких мутантов? К сожалению, эта область эволюционной биологии недостаточно разработана. В 2005 году американский эволюционный биолог Ли Альтенберг постулировал существование механизмов ограничения эволюции, которые защищают долгосрочно-полезные и краткосрочно-вредные адаптации [118]. О чем говорит эта теория? Пример, приводимый Альтенбергом, основан на воображаемых популяциях, занимающих

Рис. 26. Отбор Альтенберга в вязкой популяции.

Идею, стоящую за концепцией ограничителей эволюционного потенциала (или эволюционных «ремней безопасности»), можно сформулировать следующим образом: не только свойство организма, но и способность производить мутантов с определенными свойствами может отбираться эволюцией. Модель, представленная на рисунке, показывает, что способность производить долгоживущих мутантов (красные точки) может негативно сказываться на их короткоживущих родственниках. На этом рисунке часть короткоживущих особей (коричневые точки) способны производить долгоживущих мутантов, а другая часть (желтые точки) — не способны. В ходе событий, аналогичных тем, которые мы рассматривали на рис. 24, появление и вымирание долгоживущих мутантов приводят к полному исчезновению породившего их короткоживущего варианта. Благодаря этому могут отбираться особи, неспособные к быстрой эволюции долгой продолжительности жизни, то есть обладающие генетическими ограничителями эволюции (по [1]).

ниши с ограниченным количеством пищи. Мутации могут вызвать появление мутантов, которые очень быстро размножаются, но при этом очень много едят. На первых порах, пока пищи еще много, эти прожорливые варианты будут иметь преимущество и эффективно вытеснят более умеренные первоначальные варианты. Однако после того как большая