Долгое время в науке бытовала точка зрения, что причина старения – это некий «износ» организма, процесс, чем-то сходный с износом машин. Однако накопление новых данных становилось все труднее совмещать с этим тезисом. Больше похоже на то, что старение – это специально включаемый природой механизм. А там, где есть включаемый механизм, всегда есть и возможность его отключить. И кое-кому это уже удалось.
Из-за сверхплотной древесины, даже лишившиеся коры, остистые сосны не рискуют погибнуть. Гнили и грибки просто не могут выжить на такой плотной древесине. Поэтому после смерти дерево стоит веками, лишь получая все более причудливые формы из-за ветровой эрозии. Фото: Rick Goldwaser, wikimedia.org
Корни старения и «пренебрежение»
Многие замечали, что люди, подвергающие себя адекватным физическим нагрузкам, часто выглядят моложе своих лет (если не говорить о профессиональном спорте, который может дать обратный эффект). Женщины, у которых двое детей, живут дольше женщин, у которых один ребенок, и тем более дольше тех, у кого детей вообще нет. А ведь деторождение и воспитание детей – большая нагрузка на организм, которая по логике должна его изнашивать. На практике получается наоборот. Причины те же, по которым физическая активность способствует здоровью мышц и костей даже у пожилых людей: наши клетки и ткани обновляются, но делают это в нормальном темпе, только если на них приходится существенная нагрузка.
Кроме того, простейшие расчеты показали, что если бы клеткам в самом деле было свойственно «изнашиваться» и «ломаться» со временем, то чем крупнее то или иное живое существо, тем чаще должны быть поломки. В конце концов, в мышах считанные миллиарды клеток, в то время как в организме кита их квадриллионы. Выходит, что жить кит должен много меньше мыши. На практике, однако, гренландские киты живут до 200 лет, а для мыши и два года – мафусаилов век. Сходная ситуация и в мире растений: трава живет год, а деревья, по массе в миллионы раз более тяжелые, – многие сотни и даже тысячи лет.
Наконец, известен ряд организмов, для которых старения как такового вообще нет – подобный феномен называют «пренебрежимое старение». Это не значит, что такие счастливчики совсем не умирают: так говорят о видах, вероятность смерти для которых с возрастом неизменна. То есть и в 10, и в 100 лет у него одна вероятность погибнуть от хищников или стихии – и она никак не связана с возрастом, поскольку они не приобретают вообще никаких признаков старения. А один из видов медуз умеет полностью обращать старение вспять, возвращаясь к «молодой» фазе своей жизни при изменении условий.
В общем, в последние годы по поводу старости формируется альтернативная точка зрения. Мол, старение и смерть от старости – это не исходно присущее жизни свойство, а когда-то приобретенное в ходе эволюции качество. Его основная задача – снижать конкуренцию между поколениями одного вида. В самом деле: представим, что люди живут неограниченно долго. В силу существования финансовых институтов (банков со сложными процентами) люди возрастом в несколько веков автоматически имели бы больше денег и ресурсов, чем те, кому всего десятки лет. Да и в мире животных более опытные охотники явно доминируют среди соплеменников. Лишь старость и смерть избавляют общество от вечного доминирования особей-лидеров с большим жизненным опытом.
Между тем, для эволюционного благополучия вида нужно, чтобы доминирующие особи в нем менялись. Ведь, если этого не будет происходить, набор генов вида в целом тоже может перестать меняться (долгоживущие особи будут продолжать воспроизводиться, не уступая свои места молодым).
Как черви добиваются бессмертия?
В пользу этой точки зрения говорит то, что пренебрежимым старением отличаются как раз те виды, которым, в силу разных причин, не грозит доминирование слишком долгоживущих особей. Например, алеутский морской окунь, живущий более двухсот лет, избегает конкуренции со старшим поколением за счет того, что старые рыбы спускаются на километровые глубины, а более молодые остаются ближе к поверхности. Учитывая число хищников в тех водах, переполнения ниши окуня не происходит.
Наконец, сильную поддержку гипотезе «старение как полезный для эволюции механизм» оказывают две группы многоклеточных животных, которые реально выглядят биологически бессмертными. Пресноводные гидры в лаборатории вообще не показывают никаких следов смерти от старости. Но в природе это не ведет к «конфликту поколений», потому что в водоемах умеренного климата перед наступлением зимы гидры переходят к половому размножению и вслед за этим умирают – даже при избытке питания. В лаборатории просто нет ни зимы, ни полового размножения – то есть условных сигналов к смерти гидры не получают. С эволюционной точки зрения, до полового размножения гибнуть им нет смысла: они не могут составить конкуренцию своему потомству, если этого потомства у них нет.
В чем-то похожая история с планариями, отрядом плоских червей. У них есть две формы, два, так сказать, жизненных пути. Первый – половой: они гермафродиты, но сами себя не оплодотворяют (в отличие от гермафродитов других отрядов), а при встрече с другой особью оплодотворяют ту (своим набором «мужских» половых органов) и, одновременно, оплодотворяются от нее (ее набором «мужских» половых органов). Но бывают ситуации, когда встретить второго гермафродита не получается. Тогда планария размножается бесполо: буквально разрывается на две части, и из каждой половины вырастает полноценная планария. Причем биологический возраст каждой из них – нулевой, это молодые особи.
Так вот: если планария размножается только по бесполому механизму, но живет обычной жизнью, то отмерено ей примерно 15 лет. Но стоит такой одинокой планарии начать серьезно периодически голодать – так, что число клеток у нее сокращается в несколько раз, – как старение просто отключается, и срок жизни становится большим. Настолько, что исследователям пока так и не удалось зафиксировать у него никаких границ, хотя исследуют этот вопрос уже целый век.
Эволюционная логика тут понятна: если никаких других особей планария не встречает, да еще и регулярно голодает «по-черному», то какой эволюционный смысл в ее гибели от старости? Очевидно, что она не отнимает ресурсы у молодых особей своего вида – иначе бы встречалась с ними, а где встреча – там и половое размножение. Ясно и то, что если она, не встречаясь с другими особями, регулярно испытывает голод, то ей стоит переключиться в режим выживания. Чтобы дожить до периода, когда голод закончится, – и уже тогда со спокойной совестью умереть, оставив в мире своих потомков хотя бы от бесполого деления.
А что с растениями?
Интересно, что в мире растений тоже можно найти что-то очень похожее на пренебрежимое старение. Например, остистая сосна может иметь возраст до пяти тысяч лет (самый старый из известных экземпляров). На вид такие растения противоречат гипотезе о старении как эволюционном механизме, исключающем конкуренцию слишком опытных особей с молодыми поколениями. Дерево, живущее пять тысяч лет, не даст молодой поросли расти на своем месте, разве не так? В том же ключе, пусть и менее странно, смотрятся и «каменные» лиственницы в горах, живущие по 400 лет. Какой в этом смысл, почему не укоротить срок их жизни в разы, как у млекопитающих, тем самым ускорив смену поколений и, вместе с ней, скорость эволюции, изменения генов, позволяющего лучше приспособиться к новым условиям?
Однако если присмотреться к таким видам внимательно, то такие вопросы отпадают. Возьмем ту же остистую сосну. Это одно из растений-пионеров: оно хорошо растет только на очень плохих почвах (голые горные склоны, часто обнаженные сходом снегов или лавинами), в очень плохих условиях, где рядом просто нет растений-конкурентов. Вы не сможете взять росток и вырастить его у себя в саду: он погибнет от гнили корней, потому что этот вид деревьев не привык расти рядом с другими, и его «иммунная система» просто не приспособлена отражать атаки типичных вредителей растений.
Когда такое растение начинает колонизировать склон, тот еще голый, и молодая остистая сосна может там выживать. Но когда она вырастает и дает шишки, в этой самой точке прорастать уже поздно: бывшие голые склоны уже колонизировали другие растения субальпийских поясов. Места для «растения-пионера» здесь больше нет. И приходится семенам остистой сосны путешествовать по воздуху, чтобы найти себе другой голый склон. Конкуренция между старой и молодой особями опять исключается, потому экологическая ниша в любой точке ее ареала у остистой сосны одноразовая. Единожды заняв какое-то место, растение просто не может дать потомство там же.
Уникальное долгожительство остистой сосны, если задуматься, крайне полезно для этого вида эволюционно. В последние пару миллионов лет на планете систематически происходят оледенения. Судя по уникальной устойчивости ее к холоду и плохой почве, именно в периоды оледенений она должна получать огромные козыри перед любым другим видом деревьев. Всем остальным трудно пережить морозы, ничтожное количество осадков и тому подобное. А остистая сосна, напротив, предпочитает именно такие условия.
В теплые межледниковья – как сейчас – она вынуждена отступать в горы Северной Америки, где и растет на высотах от 1,7 до 3,4 километра. Ясно, что когда-то она была распространена куда шире: три живущих вида сосны обитают в горных системах, отделенных друг от друга сотнями километров. Очевидно, они попали туда с равнин, которые заселяли (конечно, не сплошняком, а отдельными деревьями) в период ледникового климата. Но, чтобы пережить 10–20 тысяч лет межледниковья, чтобы быть готовыми снова захватить равнины, когда они станут холодными и почти безжизненными, такому виду весьма желательно долголетие.
Отдаленно похожая ситуация с лиственницами из Сибири. Конкуренции старых и молодых особей здесь тоже не происходит. Дело в том, что лиственница при сбросе иголок создает такой толстый слой опада, через который просто не проникают ее же семена – они «зависают» в опавшей хвое, не достигая почвы. Это кажется плохой стратегией размножения: как воспроизводиться, если взрослые деревья подавляют появление молодых?
Но на самом деле эта стратегия для лиственницы выигрышна. Пробиться через ее хвою не могут и семена всех других видов растений. Со временем старые лиственницы, после сотен лет жизненного цикла, умирают от возраста (часто через четыре сотни лет), оставляя «мертвые» участки тайги. А затем приходит случайный пожар, мертвые деревья легко сгорают, и образуется гарь. Здесь-то семена лиственницы (подолгу сохраняющие всхожесть) и проявляют себя, давая сплошной ковер молодых деревьев.
Лиственница живет так долго потому, что до прихода человека пожары в ее ареале были редкими (только от молний при «сухих» грозах). Такое событие на том или ином клочке северной тайги может случаться раз в несколько веков. Поэтому и приходится лиственницам жить так долго.
Цикл медузы
Но главный герой истории о настоящих бессмертных – это Turritopsis dohrnii, биологически бессмертная медуза. Это крохотные существа диаметром всего 4,5 миллиметра, их и заметить-то глазом можно главным образом из-за яркого красного креста на брюшке.
Тем не менее, это полноценная медуза, с большим количеством щупалец и хищным образом жизни. Особенность у нее одна – долгожительство. Типичная медуза, достигнув взрослой стадии, живет от нескольких часов до нескольких месяцев.
Turritopsis dohrnii начинает жизнь, как и все медузы: в виде личинки-планулы. Затем они прикрепляются ко дну и становятся чем-то вроде «сидячих хищников» – полипами. Ловя проплывающий мимо планктон, они растут, затем от них отпочковываются медузы уже взрослой стадии развития, через короткое время начинающиеся размножаться. Все, повторимся, как у большинства медуз.
С одним нюансом. В серии лабораторных экспериментов выяснилось, что если сделать на ней надрез ножницами (имитация атаки хищника), поместить в воды пониженной (ниже морской) солености, подвергнуть неблагоприятной температуре, голоду или чему-то еще, то она, внезапно, опять переходит в стадию полипа. И так, в лаборатории, происходило цикл за циклом – для одной особи с одним набором генов.
Что существенно более важно: их жизненная линия слишком напоминает планарий и других существ с пренебрежимым старением. Она «окунается в источник бессмертия», потому что условия, в которых живет этот вид, очень жесткие. И чтобы компенсировать их, виду эволюционно выгодно иметь гены, выключающие, при определенных условиях, старение.
Урок из всего этого биологи могут вынести очень серьезный. Каким бы ни был конкретный – пока еще не открытый – механизм старения через подавление деятельности стволовых клеток во взрослых организмах людей, механизм этот так или иначе отключаем. Нам осталось только найти те гены, которые для этого нужны. И убедиться, что их можно внедрять в организмы приматов без патологических последствий. И пусть мы безмерно далеки от медузы и червей, но кто знает, быть может, их пример – и есть путь к бессмертию.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
