Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

некоторых одноклеточных, например у дрожжей, наряду с апоптозом (запрограммированной клеточной смертью) все-таки присутствует старение. Может ли теория контроля патогенов дать объяснение этому феномену? Помимо того, что иммунная система не всегда может распознать тип инфекции, она не всегда способна установить сам факт присутствия патогена в организме. Поскольку паразиты эволюционируют намного быстрее хозяев, они постоянно приобретают новые механизмы ухода от иммунного ответа, в частности, стараются избегать обнаружения. Если эволюция паразита привела к получению им «шапки-невидимки», то феноптоз по очевидным причинам не поможет предотвратить эпидемию такого патогена — организм попросту не будет знать, что он заражен. Однако старение может помочь удалить потенциально зараженных особей, основываясь на статистической вероятности заражения, а не на возможно неточной информации, получаемой от иммунной системы.

Итак, если бы организмы имели точную информацию о том, какими болезнями они заражены, они бы убивали себя с помощью феноптоза при заражении стерилизующими хроническими заболеваниями и излечивали или подавляли симптомы всех остальных болезней. Однако неопределенность обнаружения и идентификации инфекций делает эту стратегию неэффективной. Поэтому старение могло развиться как примитивная, но универсальная и неспецифическая мера борьбы с хроническими патогенами, которая не требует точной информации о факте заражения и типе инфекции.

Рис. 27. Феноптоз: адаптивная смерть в ответ на инфекцию помогает избавиться от хронических патогенов, но очень вредна в присутствии излечимых патогенов. Эксперимент очень похож на приведенный на рис. 24, однако теперь долгоживущий вариант отвечает немедленной смертью на заражение патогенами. В присутствии стерилизующего хронического патогена такой вариант способен успешно размножаться и вытеснять короткоживущий вариант, поскольку инфекции удаляются из популяции за счет феноптоза, а размножение более эффективно за счет долгой жизни. Однако в присутствии относительно легко излечимого патогена феноптоз становится чрезвычайно вредным свойством: особи умирают из-за болезни, которая сама по себе не наносит существенного вреда. В этом случае короткоживущий вариант быстро побеждает долгоживущий.

Достаточна ли гипотеза контроля патогенов для того, чтобы объяснить старение как универсальный феномен? Являются ли инфекционные заболевания достаточно сильным экологическим фактором, чтобы определять эволюцию старения? Или же они просто влияют на продолжительность жизни наряду со многими другими экологическими факторами? Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно более глубокое понимание экологии и эволюции хронических стерилизующих патогенов, поскольку, согласно нашей гипотезе, именно они являются основной движущей силой эволюции старения.

Глава 33

Стерилизующие патогены и где они встречаются

В главе 27 мы обсуждали, что патогены забирают ресурсы у своих хозяев для производства инфекционных частиц. Из-за этого инфицированные хозяева обычно несколько ослаблены и, как следствие, менее репродуктивно успешны — они могут оказаться неспособны конкурировать за полового партнера или зачать потомство. Инфекции могут вызывать выкидыши и аномалии развития, зараженные матери могут быть ослаблены болезнью и из-за этого неспособны ухаживать за потомством. Для патогена важно прежде всего выживание хозяина, в то время как его размножение не столь существенно.

Кроме того, некоторые патогены намеренно стерилизуют хозяев в рамках своей репродуктивной стратегии. Рассмотрим пример саккулины (Sacculina sp.), ракообразного паразита других ракообразных — крабов. Активно плавающая личинка паразита напоминает личинки родственных саккулинам усоногих раков (Cirripedia). Однако взрослые формы этих групп разительно отличаются. Когда личинка саккулины находит подходящего краба, она сперва проделывает отверстие в его панцире при помощи специальных ферментов, а затем проникает в его тело как аморфная масса клеток и растет, подобно опухоли, проникая отростками во все органы, включая мозг и даже глазные стебельки. Краб кастрируется и полностью попадает под контроль саккулины. Массивный пульсирующий репродуктивный орган паразита появляется на том месте, где должны быть гениталии хозяина. Зараженные самки крабов заботятся о потомстве паразита как о своем собственном, забираются на возвышенности и, совершая характерные движения клешнями, помогают распространять личинки саккулины. Если же саккулина заражает краба-самца, то вырабатывает феминизирующие гормоны, которые заставляют самца вести себя подобно самке.

Продолжительность жизни саккулины определяется продолжительностью жизни хозяина и обычно составляет 1–2 года. В некоторых регионах до 50 % всех крабов могут быть заражены этой болезнью. Очевидно, что саккулины должны оказывать сильное селективное давление, и адаптивная смерть зараженного краба может быть эволюционно полезной.

Насколько часто встречаются стерилизующие патогены? Они широко распространены среди беспозвоночных и рыб, но относительно редки у высших позвоночных. Почему это так? Плодовитость хозяина, вероятно, определяет, может ли кастрация быть хорошей стратегией для паразитов, заражающих этот вид. Крабы откладывают многие тысячи яиц, поэтому очень небольшая доля здоровых плодовитых самок может оказаться достаточной для поддержания численности популяции; из-за снижения конкуренции выживет и найдет доступные ниши гораздо больше молоди.

Напротив, в популяциях видов с низкой плодовитостью, таких как человек, сравнимая доля стерильных особей женского пола приведет к демографической катастрофе. Падение плотности популяции хозяев затруднит распространение паразита, что в конечном итоге приведет либо к его исчезновению, либо к эволюции более «бережливых» форм, которые не кастрируют хозяев полностью. Таким образом, фертильность хозяина может косвенно влиять на распространенность стерилизующих инфекций.

Тем не менее хронические заболевания, снижающие фертильность, относительно часто встречаются и у млекопитающих, в том числе у людей. В основном это заболевания, передающиеся половым путем, такие как гонорея, сифилис, СПИД, генитальный герпес, токсоплазма и другие. Основное предположение гипотезы контроля патогенов заключается в том, что совокупное селективное давление, создаваемое этими инфекциями, достаточно для того, чтобы привести к эволюции короткой продолжительности жизни у млекопитающих. Ниже мы обращаемся именно к этим заболеваниям как к способным приводить к эволюции старения.

Читатель может заметить, что большинство этих заболеваний либо излечимы, либо не стерилизуют инфицированных больных полностью, либо стерилизация проявляется не у всех инфицированных пациентов. Это справедливо, и поэтому здесь необходимо сделать некоторое разъяснение. И ВИЧ, и сифилис, если их не лечить, частично стерилизуют своих носителей, а также передаются их потомкам, убивая или стерилизуя их тоже [119, 120]. С точки зрения эволюции разница между непосредственной стерилизацией родителей и убийством или стерилизацией их детенышей очень невелика 46.

Итак, почему инфекции, передаваемые половым путем, имеют тенденцию стерилизовать своих хозяев? Во-первых, они заражают репродуктивные органы, что может нарушить их функции. Во-вторых, стерилизация может быть эволюционно полезной для этих патогенов: если самка не способна зачать, она может участвовать в большем количестве половых актов и, следовательно, повысить вероятность инфекции. Поэтому патогены, передаваемые половым путем, представляют особый интерес для нашей модели.

Помимо стерилизации, являющейся частью их эволюционной стратегии, болезни, передающиеся половым путем, имеют еще одну необычную эпидемиологическую особенность: их передача зависит от доли зараженных особей, но не зависит от плотности популяции. Что это значит?

В