Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

53 В главе 18 мы уже обсуждали, что клетки самцов млекопитающих (причем не только половые, но абсолютно все) содержат XY-хромосомы, а клетки самок — ХХ. Можно представить себе изумление ученых, когда они обнаружили опухоли с XX-генотипом у XY-самцов!

54 Всего у млекопитающих описаны четыре случая трансмиссивных опухолей. Помимо упоминавшейся выше болезни собак и двух линий DFTD, известна инфекционная опухоль у сирийских хомячков.

55 Высокая вирулентность означает, что болезнь смертельна или сильно истощает организм. Напомним, что вирулентность — это абстрактный термин, используемый для описания тяжести симптомов.

56 В этом заключается и идея трансмиссивных вакцин: нишу занимает доброкачественный патоген, который не позволяет вирулентному патогену в ней обосноваться.

Глава 40

Эусоциальность: умереть за королеву и колонию!

Может ли гипотеза контроля патогенов объяснить огромную разницу в долголетии между кастами эусоциальных животных? Может ли эволюция отрегулировать продолжительность жизни этих животных, чтобы защитить колонию ценой жизни ее отдельных членов? Вероятно, да.

Почему королевы в эусоциальных видах насекомых и млекопитающих живут намного дольше рабочих особей? Королевы составляют минимальную долю от общей численности колонии, и поэтому их невероятно долгая для насекомых продолжительность жизни не может повлиять на общий эпидемиологический риск. Если долгоживущая королева заражена, она может передать болезнь нескольким долгоживущим рабочим, но это не изменит общую эпидемиологическую динамику в колониях, состоящих из тысяч животных. Кроме того, королевы, как правило, находятся в охраняемой зоне внутри колонии, практически не контактируя с окружающей средой. Рабочие особи, ухаживающие за яйцами и королевами, такие как пчелы-няньки, также имеют ограниченный контакт с внешним миром, а потому мало подвержены риску заражения. Напротив, фуражиры, совершающие частые вылазки для сбора пищи, подвержены наибольшему риску заражения и, как правило, имеют низкую продолжительность жизни. Таким образом, рабочие особи живут недолго, чтобы снизить риски, связанные с инфекциями, а продолжительность жизни королев не влияет на эпидемическую обстановку из-за их низкой численности в колонии.

Теперь мы, наконец, можем также ответить на вопрос, заданный в главе 10: почему пчелы избегают омоложения и прибегают к нему, только если выживание всей колонии находится под угрозой? Частое омоложение увеличит продолжительность жизни пчелы, а следовательно, и эпидемиологические риски. Способность жить дольше используется у пчел, бабочек данаид монархов и других видов, только если она критически необходима для выживания. Если короткая жизнь достаточна для успешного размножения, то она оказывается эволюционно выгодной, поскольку помогает ограничить распространение инфекций.

Таким образом, гипотеза контроля патогенов может объяснить загадку продолжительности жизни у эусоциальных животных, у которых королевы живут намного дольше, чем рабочие, а рабочие могут омолаживаться, но делают это, только если колония подвергается рискам. Впрочем, из ряда эусоциальных животных выделяются голые землекопы. У них и королевы и рабочие стареют пренебрежимо медленно. Может ли модель контроля патогенов объяснить это явление?

Глава 41

Голые землекопы: бактериальный тип защиты от инфекций у млекопитающих?

Что может быть причиной отсутствия старения у животного? Если старение эволюционировало для противодействия хроническим инфекциям, то приобретение альтернативных иммунных механизмов, которые позволят животным полностью избавиться от инфекций, даст им возможность жить дольше. Организм, который развил сверхэффективную иммунную систему, может отказаться от старения. Однако возможна ли такая иммунная система? Учитывая изменчивость патогенов в природе и их быструю эволюцию, это крайне маловероятно.

В чем же разгадка пренебрежимо медленного старения голых землекопов? Может ли подземный образ жизни защитить их от патогенов? Другие подземные животные стареют, значит, дело не только в этом. Нам нужно сосредоточиться на уникальных чертах голых землекопов, которые отличают их от других млекопитающих. Эусоциальность — самая необычная из них. Может ли структура эусоциальной популяции обеспечить абсолютную защиту от инфекций?

Колония голых землекопов, как и других эусоциальных животных, — это метаорганизм, в котором королева соответствует репродуктивному органу, а рабочие особи — соматическим (то есть не принимающим участие в размножении) тканям. Клетки наших соматических тканей, такие как кожа или кишечник, постоянно отмирают и заменяются другими. Зараженные вирусами клетки включают апоптоз, чтобы предотвратить дальнейшее распространение инфекции. Аналогичным образом рабочие особи эусоциальных видов животных могли бы убивать себя, чтобы предотвратить эпизоотию в колонии.

Действительно, если каждый инфицированный организм умирает, колония может быть полностью очищена от инфекционных болезней, делая старение излишним. В главе 32 мы обнаружили, что такая стратегия может быть слишком расточительной в случае видов, чья иммунная система способна эффективно излечивать инфекции: животные будут напрасно умирать от излечимых болезней. Однако в эусоциальном сообществе стоимость жизни рабочей особи относительно мала, поскольку та не может самостоятельно размножаться.

Могли ли голые землекопы переизобрести феноптоз, который используют бактерии, чтобы противодействовать инфекциям? Есть ли какие-либо свидетельства повышенной восприимчивости голых землекопов к инфекциям? Об иммунитете у этих животных известно очень мало. Тем не менее некоторые работы указывают на то, что голые землекопы гиперчувствительны к вирусным инфекциям. Так, заражение вирусом простого герпеса (HSV), безвредного для мышей, вызывало у голых землекопов смерть [133]. Вспышка коронавирусной инфекции в лабораторных колониях убивала рабочих особей, но в меньшей степени — королев [134]. Последний результат согласуется с моделью контроля патогенов, так как для королев стоимость адаптивного суицида должна быть выше, чем для рабочих.

Более того, анализ иммунных клеток голых землекопов показал отсутствие у них натуральных киллеров — специализированных иммунных клеток, убивающих раковые и зараженные вирусами клетки [135].

Если голые землекопы действительно сверхчувствительны к инфекции, это может помочь им контролировать патогены, делая старение ненужным. Будущие исследования необходимы для того, чтобы выяснить, действительно ли голые землекопы реагируют самоубийством на заражение, выяснить механизмы этого самоубийства и разницу между иммунной реакцией королев и рабочих особей. Эти эксперименты должны проверить предсказание модели контроля патогенов.

Наконец, гипотеза контроля патогенов может объяснить отсутствие шерсти у голых землекопов и у человека. Эктопаразиты, такие как блохи или вши, прикрепляются к шерсти и служат переносчиками инфекционных заболеваний. Потеря волосяного покрова может уменьшить значение этого источника инфекций [136]. Поскольку долгая жизнь требует лучшего контроля патогенов, потеря меха может быть связанной с ней адаптацией. У наших родственников, таких как шимпанзе (Pan troglodytes), удаление эктопаразитов является неотъемлемой частью социального поведения и занимает большое количество времени. Возможно, наша гладкая кожа спасает нас и голых землекопов от этих гигиенических усилий.

В кратком изложении части 5 мы рассмотрели различные типы адаптивной смерти и пришли к выводу, что современные многоклеточные организмы, такие как млекопитающие, утратили феноптоз, но приобрели старение, иммуносенесцентность и способность ускорять свое старение в ответ на хроническое воспаление. Похоже, что