Текст книги "Бессмертные. Почему гидры и медузы живут вечно, и как людям перенять их секрет"

Теория одноразовой сомы берет это понятие распределения ограниченной энергии между различными задачами и применяет его к размножению и старению. Сома – это биологический термин, обозначающий клетки тела, в отличие от половых клеток, таких как яйцеклетки и сперматозоиды. Хотя, возможно, немного удручающе смотреть на себя таким образом, с точки зрения эволюции вы просто сосуд для сперматозоидов или младенцев. До сих пор это была мантра данной главы: эволюционный и репродуктивный успех – синонимы. Только дети по-настоящему важны, а тело, или сома, служит расходным материалом.

Это означает, что уход за этими половыми клетками имеет первостепенное значение, и все существа будут тратить энергию, поддерживая их в наилучшем состоянии. Однако менее ясно, сколько энергии нужно тратить на поддержание соматических клеток. Как и в предыдущих теориях, все, что действительно волнует эволюцию, – это способность жить достаточно долго, чтобы передать свои гены.

Таким образом, эволюция предпочла бы, чтобы вы как существо с ограниченным количеством энергии потратили ее на поддержание первозданного состояния организма до старческого возраста или быстро готовились к размножению? Эволюция будет делать расчеты в зависимости от уровня смертности от внешних причин. Если он достаточно высок, эволюция часто будет благоприятствовать последнему, убеждаясь, что у вас будут дети, которые переживут вас, и оставляя ваше одноразовое тело разрушаться с возрастом, если вы даже проживете достаточно долго, чтобы это произошло. Итак, один из способов, которым может действовать антагонистическая плейотропия, – это мутации, пропитывающие вялый метод соматического поддержания, позволяющий вам расти быстрее в молодости, но который вернется, чтобы преследовать вас, когда несовершенное тело, созданное в спешке, достигнет старости.

Лучший способ увидеть эти теории в действии – посмотреть на невероятно разнообразную продолжительность жизни и стратегии размножения различных животных. Учитывая тесную связь между эволюцией старения и смертностью от внешних причин, мы могли бы ожидать, что животные, живущие в более опасных условиях, будут стремительно размножаться и быстрее стареть, как только это сделают. Мы можем видеть, как это происходит, рассматривая две крайности долголетия млекопитающих: мышей и китов.

Мыши живут в очень опасной среде и должны тратить много энергии на две вещи: избегать острых глаз и когтей кошек и производить многочисленных потомков быстро, прежде чем заболеют или будут съедены. Это означает, что у них не так много энергии для оптимального поддержания соматических клеток.

Это согласуется с тем, что мы видим: мыши производят помет от шести до восьми особей и могут размножаться один раз в месяц. И в дикой природе они обычно живут менее двух лет. В благоприятных условиях лаборатории они могут прожить три или четыре года, прежде чем умрут от старости, – значительно дольше, чем в природе, но все же в 20 или 25 раз меньше, чем люди.

Если вместо этого вы – кит, повелитель океанов, который подвержен немногим природным угрозам, то можете позволить себе расслабиться, повзрослеть более спокойно и завести детей в неторопливом темпе. Это отодвигает дату, когда эволюционно приемлемо умереть от накопленных мутаций или генов, которые были полезны в молодости, и становится биологически гораздо более целесообразным вкладывать много энергии в соматическое поддержание. Соответственно, киты – одни из самых долгоживущих млекопитающих. Рекордсменом стал гренландский кит, причем один самец, найденный в дикой природе, по оценкам, достиг возраста 211 лет[15]15
  Еще один рекорд гренландских китов согласно Книге рекордов Гиннеса – это самый большой в мире рот. – Примеч. авт.


[Закрыть]. Они не достигают способности к размножению, пока им не исполнится двадцать лет, и, как правило, рожают по одному детенышу каждые четыре-пять лет.

Гренландскиекиты исключительно долговечны: известный рекорд продолжительности жизни составляет 211 лет.

Стареть киту трудно, и 211-летний рекорд был рассчитан с помощью химического анализа хрусталика глаза существа. Но этот замечательный рассказ об ускользнувшем ките дает нам прямое доказательство исключительной долговечности гренландских китов. В 2007 году инуитские китобои (одна из немногих групп, которым разрешалось продолжать китобойный промысел для добычи средств к существованию) поймали гренландского кита, в чьих костях застрял гарпун. Оружие было идентифицировано как тип «гарпунной пушки» – ужасающее устройство, предназначенное для взрыва через пару секунд после попадания в цель, запатентованное в 1879 году. Если только гарпун не был древним в то время, когда использовался, это означает, что возраст кита значительно превышает столетие. И к этому мы должны добавить тот факт, что кит был достаточно большим не только для того, чтобы на него стоило охотиться, но и для того, чтобы спастись от нападения. Возможно, мы даже недооцениваем истинную максимальную продолжительность жизни гренландских китов. Во-первых, мы на самом деле не проверяли возраст многих из них, так что могут встречаться и гораздо более старые особи, плавающие вокруг, которых мы пропустили. Но также горькая ирония заключается в том, что смертельная эффективность китобойного промысла в девятнадцатом и двадцатом веках уменьшила их популяцию до такой степени, что нам понадобится еще 200 лет, чтобы появилась большая популяция китов старше 200 лет.

Сравнение мышей и китов также демонстрирует одно из самых известных наблюдений в биологии старения: чем крупнее животное, тем дольше оно живет. Хотя есть много причин, по которым крупный размер может способствовать долгой жизни или даже она станет необходимостью, потому что рост большого требует времени, важным и простым фактором является то, что, если вы большой, вас труднее убить и съесть.

Виды, которые не соответствуют этой корреляции, фактически служат подтверждением связи между старением и смертностью от внешних причин. Чтобы прийти к как можно более точным выводам, давайте остановимся на млекопитающих аналогичного размера. Домовая мышь (Mus musculus) весит около 20 граммов, в то время как летучая мышь под названием большая ночница (Myotis myotis) разделяет не только форму уха, но и приблизительный вес ее тезки. Взрослые особи весят чуть менее 30 граммов.

Однако сходство не распространяется на их долголетие: мышь могла бы прожить три или четыре года в неволе, а самой долгоживущей летучей мыши в истории было 37 лет, когда она умерла. И это было в дикой природе, а не в клетке в лаборатории. Что скрывается за этой большой разницей в продолжительности жизни? Ну, мыши не умеют летать. Не чистая радость полета позволяет летучим мышам жить дольше, а, скорее, нахождение в воздухе защищает их от хищников. Там гораздо меньше угроз, а это означает, что смертность от внешних причин намного ниже для летучей мыши, чем для мыши. Из этого следует, что с течением эволюционного времени мутации и антагонистически плейотропные гены отсеивались, а преимущества быстрого избавления от сомы размывались. Сегодня летучие мыши живут намного дольше мышей, несмотря на то, что они довольно близкие родственники, говоря биологически.

Еще одно животное с замечательной продолжительностью жизни для своих миниатюрных размеров – голый землекоп. Голые землекопы – странные существа: они похожи на пенис с зубами и живут в подземных туннелях как эусоциальные[16]16
  Эусоциальность – форма организации сообществ (как правило, семейных групп) животных, при которой часть особей не размножаются и ухаживают за потомством размножающихся особей. – Примеч. пер.


[Закрыть] колонии с одной размножающейся маткой – больше похожи на муравьев и пчел, чем на млекопитающих. При весе 35 граммов они немного тяжелее мышей или летучих мышей, но могут жить более 30 лет. Они также почти не подвержены раку в отличие от мышей и устойчивы к нейродегенеративным заболеваниям. Стратегия беготни под землей менее романтична, чем полет, и оставила их с крошечными глазками-бусинками (в норах было слишком темно, так что зрение не особо полезно) и мешковатой морщинистой кожей (чтобы было удобно протискиваться через крошечные проходы мимо других голых землекопов – и что также, по иронии судьбы, заставляет их выглядеть старыми даже в молодости) – но, тем не менее, это сработало. Под землей гораздо меньше хищников, чем бродит по ней, так что предки голых землекопов тоже были способны постоянно продлевать свое долголетие.

Люди, кстати, тоже очень долго живут по сравнению с другими животными аналогичного размера. Наш секрет снижения смертности от внешних причин заключается не в полетах или рытье нор, а, вероятно, связан с большим мозгом. Он позволяет нам объединяться в сложные социальные группы, обмениваться знаниями, строить убежища, делать инструменты и так далее, снижая риск смерти от внешних причин. В результате у нас более долгая жизнь, чем у наших близких родственников, таких как другие высшие приматы. Проверенный чемпион по долголетию среди шимпанзе, самка по имени Гамма, умерла в возрасте 59 лет.

Поэтому биологи могут быть спокойны: это может звучать парадоксально, но того факта, что животные живут в опасных условиях, достаточно, чтобы ослабить железную хватку эволюционной оптимизации в конце жизни, вызывающей старение. Есть только одна небольшая проблема: наивное понимание этих теорий предсказывает, что все виды должны стареть. Так как же вписываются в эту картину животные, столь пренебрежимо стареющие, как галапагосская черепаха? Мы прошли полный круг: теперь, когда эволюция и старение не противоречат друг другу, как могут существовать животные, которые не стареют?

Теории, которые мы обсуждали до сих пор, невероятно полезны, но неизбежно упрощают то, что происходит в природе. Если их предположения не верны или если в игру вступают другие факторы, которые мы даже не рассматривали, различные эволюционные стратегии могут привести к неожиданным траекториям старения.

Начнем с рыб. Хотя они чешуйчатые и живут под водой, рыбы не такие уж и дальние родственники человека. Они все еще животные, которые, как и мы, имеют скелет. Однако в отличие от мышей, китов или людей самки рыб с возрастом становятся крупнее, сильнее и намного плодовитее. Тот факт, что более крупные рыбы находятся в большей безопасности от хищников, чем мелкие, означает, что их риск смерти от внешних причин не постоянен – он становится ниже с возрастом. Они также могут производить больше икры (или более высокого качества) с возрастом, в некоторых случаях по странным причинам, причем более старые рыбы производят в десятки раз больше икринок, чем молодые. Эти подводные матриархи известны как боффы, большие старые жирные плодовитые самки рыб (BOFFFF, от англ. big, old, fat, fertile female fish) и во многих видах имеют решающее значение для популяций. Рыболовство часто поддерживается не молодыми рыбами, откладывающими несколько икринок, а горсткой больших старых жирных плодовитых самок рыб, производящих потомство с огромной скоростью.

Эта стратегия размножения опровергает предположения, которые позволили старению эволюционировать в наших мысленных экспериментах. Улучшение выживаемости и плодовитости у более старых рыб дает им крайне непропорциональную возможность передавать свои гены, создавая значительный эволюционный стимул для поддержания жизни. Сила естественного отбора эффективно становится гораздо больше во взрослом возрасте. Возможно, холодный расчет эволюции обнаружит, что все-таки стоит позаботиться о рыбьих сомах, и накопленные мутации или плейотропные компромиссы, которые могли бы подкосить больших старых жирных плодовитых самок рыб, больше не приемлемы для естественного отбора. Таким образом, могут эволюционировать те рыбы, чей общий риск смерти не увеличивается с возрастом – другими словами, которые отличаются пренебрежимым старением.

Действительно, есть виды рыб, которые, по-видимому, являются сильными претендентами на эту роль. Из тех, кто стремится к этому, корона долголетия достается алеутскому морскому окуню, розово-оранжевому обитателю тихоокеанского морского дна. Он может вырасти до метра в длину, весить шесть килограммов и жить до 205 лет с шансами на смерть, которые заметно не изменяются после достижения зрелости.

К несчастью для больших старых жирных плодовитых самок рыб, как коммерческий, так и рекреационный промысел нацелен на крупные экземпляры. Это означает, что вылов рыбы особенно сильно бьет по крупным старым особям и поэтому может иметь целый ряд трагических последствий. Во-первых, существует риск коллапса рыбного промысла, вызывающего разрушение сложных экосистем, связанных с ними. Но было бы также трагедией, если бы виды были уничтожены до того, как мы сможем изучить их, – не в последнюю очередь, чтобы понять их необычный подход к старению. И, даже если мы остановимся перед полным уничтожением, предпочтительный отлов больших старых жирных плодовитых самок рыб вызывает какой-то очень неестественный отбор в этих популяциях. Уничтожение старых размножающихся самок будет стимулировать более раннее размножение, что может вызвать генетические изменения, ведущие к старению этих видов.

Как мы видели, некоторые черепахи также являются пренебрежимо стареющими. Лучше всего изучены не Галапагосские острова, а Мичиган. В ходе полевых исследований, начавшихся в 1950-х годах, ученые исследовали два типа черепах, известных как американская болотная черепаха и расписная черепаха. Сотни из них отмечались и отлавливались в течение десятилетий, и никакого увеличения смертности со временем не наблюдалось ни у одного вида. Когда исследование было завершено в 2007 году, самыми старыми плодовитыми самками были две американских болотных черепахи, которым было более 70 лет, без каких-либо внешних признаков дряхлости. Причина отсутствия старения у черепах, вероятно, сходна с таковой у рыб: пожилые самки довольно хорошо защищены от внешних угроз (не в последнюю очередь благодаря панцирям) и очень плодовиты. Опять же, естественный отбор имеет все основания поддерживать их жизнь, и в результате они, похоже, не стареют.

Есть также более странные существа, гораздо более отдаленные от людей, чем рыбы или черепахи, которые обходят старение другими способами. Гидры – это разновидность небольших пресноводных организмов, состоящих из сантиметровой трубки с липкой «лапой» на одном конце и «ртом» на другом, окруженном извивающимися щупальцами, которые хватают крошечную водную добычу и парализуют ее шипами с нейротоксинами. Первоначально они представляли интерес для науки из-за поразительной регенеративной способности: можно отрубить практически любой кусочек гидры, и из него вырастет совершенно новая особь. Только после этого было замечено, что они невероятно долго живут в лаборатории – до такой степени, что до сих пор гидры переживали попытки исследовать пределы их долголетия. Они также не показывают никаких признаков снижения рождаемости или увеличения риска смерти независимо от того, как долго держать их в неволе. И, основываясь на показателях смертности, наблюдаемых у выращенных в лаборатории гидр, подсчитано, что 10 % из них доживут до 1000 лет.

Регенеративная способность и необычная продолжительность жизни этих крошечных существ должны быть связанными. Гидры разрушают центральное предположение теории одноразовой сомы. Поскольку любая часть их тела может создать новую гидру, нет никакого различия между клетками тела и половыми клетками. По сути, это половые клетки, поэтому эволюция не считает ни одну из них одноразовой. Это прием, который будет работать только с очень простыми формами жизни. Сложные формы жизни от насекомых до людей подвергаются одностороннему преобразованию половых клеток в клетки тела, позволяя нам иметь такие разнообразные ткани и органы. Но этот пример показывает, что почти ни одно предположение не устоит перед лицом реальной биологии. Природа еще какое-то время будет в состоянии перехитрить наши теории – и стареть сама, если придется.

Существует также эволюционное давление, которое может выбрать долголетие почти непосредственно, а не как побочный эффект высокой способности к размножению в конце жизни или размывания линий между соматическими и половыми клетками. Рассмотрим то, что считается самой долгоживущей многоклеточной формой жизни на Земле: остистую сосну в сверхсекретном месте в Уайт-Маунтинс в Калифорнии. На сердцевине, взятой из ствола этого дерева в конце 1950-х годов, было почти 5000 колец. Дерево все еще крепко стоит и сегодня, по оценкам, ему 4850 лет. Это означает, что оно появилось в начале третьего тысячелетия до н. э., когда Стоунхендж был всего лишь рвом и несколькими маленькими камнями, а работы над пирамидами еще только начинались.

Как дерево могло эволюционировать, чтобы пережить целые цивилизации, не совсем ясно, но одна теория заключается в том, что это связано с конкуренцией за пространство. Остистые сосны произрастают в засушливых открытых местах, где все обитаемые участки уже заняты взрослыми деревьями, из-за этого возможности для саженцев невелики. В принципе, вам нужно, чтобы дерево по соседству умерло, чтобы освободить место, где ваши потомки могли бы начать свое дело. Таким образом, единственный способ передать свои гены – это пережить соседей, начав эволюционную гонку вооружений, конечной точкой которой является экстремальное долголетие. Очевидно, что такая логика не применима к животным, которые могут просто уйти в другое место, если на нынешнем становится тесно. Но это еще один пример того, как простая причуда естественной среды может существенно повлиять на эволюцию старения.

Гидрыразмножаются клетками, выпуская их в окружающую среду. При этом до сих пор не удалось рассчитать срок их жизни – лабораторные гидры прошлого столетия по-прежнему живы.

В зависимости от относительной силы всех этих и других факторов пренебрежимое старение не кажется таким уж странным результатом. Измените относительную вероятность выживания и важность размножения организмов разных возрастов, и эволюция построит вам оптимальный для этого жизненный путь – с огромным спектром различных результатов, от поденок, живущих всего несколько минут, до деревьев, которые достигают возраста тысяч лет.

Если есть эволюционный смысл в ряде случаев иметь риск смерти, который постоянен с возрастом, можем ли мы сделать следующий логический шаг – существует ли возможность отрицательного старения, риска смерти, что уменьшается с возрастом? Хотя мы не знаем большого количества форм жизни, достаточно удачливых в этом отношении, кажется, есть некоторые обладающие этим свойством. Например, лучшие данные, что у нас есть о пустынном западном гофере, виде сухопутной черепахи, предполагают слегка отрицательное старение на протяжении всей взрослой жизни. Вероятно, нет ничего особенного в пренебрежимом старении, и было бы немного странно, если бы существовали жесткие ограничения для изменения риска смерти с возрастом. Вероятно, в мире есть еще больше существ с отрицательным старением, просто нужно провести тщательные демографические исследования, чтобы обнаружить их. Будем надеяться, что расходование ресурсов человеком или разрушение окружающей среды не уничтожит их до того, как мы получим шанс сделать это.

Таким образом, эволюционные теории старения не только объясняют, почему некоторые животные стареют, но и дают шанс для замедления или даже полного устранения старения. Существуют реальные примеры организмов, избегающих старения, и у нас есть твердые теории о силах, которые подавили тенденцию деградировать со временем. Для всех, кто интересуется ходом старения человека, это невероятно волнующая новость: пренебрежимое или даже отрицательное старение не нарушает законов не только физики, но и биологии.

Природа также показывает нам, что продолжительность жизни сильно различается даже между довольно близкородственными видами. Сравнение мышей с летучими мышами и голыми землекопами – яркий пример того, как животные с одинаковыми размерами и относительно недавними общими предками могут, тем не менее, стареть совершенно по-разному. Это демонстрирует нам, что старение не является каким-то неизменным и неизбежным процессом: различия между животными доказывают, что научиться избегать старения возможно. Они также дарят вдохновение: сравнение биологии видов с различными темпами старения позволит нам выявить гены и механизмы, которые способствуют долголетию долгоживущих видов. И мы постараемся разработать лекарства или методы лечения, чтобы имитировать эти приспособительные способности.

Однако самое важное, что дает обращение к эволюции для объяснения этого механизма, – это понимание того, что такое старение и чем оно не является. Теперь мы знаем, что не у всех видов есть какие-то тикающие внутренние часы, запрограммированные убивать родителей, чтобы освободить место для детей. Все, что нам нужно сделать, – это найти бомбу замедленного действия в наших генах, обезвредить ее, и старение будет излечено.

Вместо этого старение является эволюционным недосмотром: результатом накопленных мутаций, которые ухудшают физическую форму в пожилом возрасте, но от которых эволюция не может избавиться; антагонистически плейотропных генов, которые максимизируют успех размножения в молодости, даже если имеют неблагоприятные непреднамеренные последствия в дальнейшей жизни; и механизмов, отдающих приоритет рождению детей над поддержанием доступных соматических клеток. Поэтому нет никаких оснований полагать, что старение должно иметь единственную причину. В действительности мы должны ожидать, что оно будет состоять из совокупности синхронизированных, но лишь в некоторой степени связанных процессов. Наша задача – выявлять и лечить их.

Однако такое уверенное отношение стало распространяться только в течение последних двух десятилетий. Эволюционные теории старения были разработаны в середине двадцатого века и, несмотря на значительные успехи в нашем понимании, имели ироничный и неприятный побочный эффект. Старение долгое время в значительной степени игнорировалось биологами, рассматривалось как явление постепенного ухудшения жизнеспособности, не поддающееся изучению. Эволюционные теории подчеркивают эту безнадежность: они предполагают, что многие процессы, вероятно, будут способствовать старению, без очевидного ограничения их числа. Могут существовать сотни или даже тысячи различных факторов, взаимодействующих мириадами различных способов, и все они сговорились покончить с нами. Эволюционная теория усложняет представление о старении как о процессе настолько запутанном и многогранном, что оно вряд ли когда-либо окажется понятым, не говоря уже о том, чтобы лечиться.

Если мы хотим быть уверенными в понимании старения и в конечном счете в его излечении, то должны быть убеждены в том, что с ним можно справиться в иных, не в эволюционных временных рамках. Открытия, которые позволяют нам вообразить это, являются предметом следующей главы.