Текст книги "Саммари книги «Кодекс долголетия. Что заставляет нас стареть, зачем это нужно и как „обмануть“ эволюцию: пошаговое руководство»"

Саммари книги «Кодекс долголетия. Что заставляет нас стареть, зачем это нужно и как „обмануть“ эволюцию: пошаговое руководство»

Введение

Большинство живых существ стареют и умирают. Для людей смерть неизбежна, мы привыкли считать старость и смерть естественными, однако с точки зрения законов природы они вовсе не обязательны. Так, существуют организмы, которые бессмертны, не стареют или даже могут стать моложе.

В мире достаточно животных-долгожителей. Черепахи могут жить более 200 лет, моллюски способны жить тысячелетиями. Самому старому моллюску из найденных было 507 лет, и он бы прожил куда больше, если бы ученые случайно не убили его во время изучения.

Есть и организмы, которые умеют возвращать себе молодость. Алеутский окунь умеет омолаживать себя и живет более 200 лет. Также поступает и черепаха Бландинга, которая со временем становится только моложе, а ее плодовитость возрастает с каждым годом. Этот феномен называется «отрицательным старением», и ученые активно исследуют его механизмы.

В океане живет крошечная медуза Turritopsis dohrnii, которая не стареет. Существование этой малютки противоречит всем классическим представлениям ученых о жизни и смерти, потому что она бессмертна. Turritopsis dohrnii умеет реставрировать уставшие клетки и тем самым избегать болезней. Долгое время человечество было уверено в том, что цикл рождения и смерти необратим, но одна маленькая медуза разрушила эту теорию.

Медуза Turritopsis dohrnii – не единственное бессмертное существо на нашей планете. Гидры, раковые клетки и даже сперматозоиды тоже бессмертны. Ирония в том, что пока человек неизбежно стареет и умирает, его половые клетки остаются молодыми.

В своей книге «Кодекс долголетия» доктор медицины и исследователь Крис Вербург рассказывает о том, почему мы стареем, почему одни организмы стареют очень быстро, а другие сохраняют молодость столетиями, а также о том, можно ли замедлить старение и обратить его вспять.

Ключевые идеи книги.

Идея № 1. Существуют эволюционные причины старения и смерти

Каждый человек – сложная система из миллиардов клеток. Процесс появления человека на свет невероятно энергоемкий. Сначала оплодотворенная яйцеклетка делится бесчисленное количество раз, пока не сформируется тело младенца. Затем человеку требуются десятки лет, чтобы вырасти, научиться ходить, добывать пищу и произвести на свет других людей. Но в итоге человек умирает, и весь накопленный им опыт исчезает вместе с ним.

С точки зрения природы это неэффективно. Кажется, что гораздо проще поддерживать один и тот же организм в течение столетий, чем позволить ему умереть и создавать новый организм с нуля. Существование смерти стало выглядеть еще более странным, когда ученые обнаружили, что законы природы не запрещают бессмертия.

Долгое время ученые пытались понять причины смерти. К началу XX века были озвучены наиболее вероятные: износ организма и естественная регуляция популяции. Однако современные исследования показывают, что эти гипотезы не соответствуют фактам.

Согласно теории износа организма, за десятки лет непрерывной работы наше тело изнашивается, начинаются проблемы с суставами, артрит, атеросклероз, деменция. В итоге наступает смерть. Считалось, что важную роль в скорости износа играет размер тела и скорость обмена веществ. Чем меньше размер тела, тем быстрее метаболизм у организма и тем быстрее он стареет, поэтому мышь живет один-два года, а человек несколько десятков лет. Однако последние исследования показывают, что смерть не является следствием износа организма, да и сам износ не обязателен. Размер тела и скорость обмена веществ также не влияют на скорость старения. Так, автор сравнивает двух мышей – обычную полевую и летучую. У обеих очень быстрый метаболизм. Согласно гипотезе об износе организма, продолжительность их жизни должна быть примерно одинаковая. Однако средняя продолжительность жизни обычной мыши – два года, а летучей – более тридцати лет. Несмотря на схожий обмен веществ, их организмы изнашиваются с разной скоростью. Выходит, что износ организма и скорость старения не связаны напрямую с размером и скоростью обмена веществ.

Согласно другой гипотезе, теории естественной регуляции популяции, смерть нужна, чтобы избежать перенаселения, а старые животные должны уступать место молодым, чтобы на всех хватало ресурсов. Однако теория не отвечает на главный вопрос: зачем природе вообще нужно, чтобы появлялись молодые животные? Гораздо проще создать эффективные механизмы восстановления повреждений, вместо того чтобы раз за разом создавать с нуля новое животное.

Эти классические теории устарели, а современная наука продвинулась значительно дальше в своем понимании процессов старения. Крис Вербург пишет о трех причинах, которые могут радикально изменить наше представление о жизни и смерти.

Первая причина заключается в том, что те характеристики, которые помогают организму жить дольше, бесполезны, потому что организм обычно умирает рано из-за внешних причин (насилия, несчастных случаев или голода). Средняя продолжительность жизни живого существа определяется средним временем выживания всех представителей его вида. Чем быстрее погибают сородичи животного, тем быстрее и само животное будет стареть и умирать. Это объясняет сильный разброс в продолжительности жизни среди разных видов животных.

Обычная мышь в неволе живет около двух лет. В естественной среде обитания более 90 % мышей не доживают даже до года, они погибают от холода, голода и хищников. Поскольку жизнь мышей настолько опасна, эволюции нет смысла работать над увеличением продолжительности жизни этих грызунов. Мутация, которая подарит мышке долгие двадцать лет жизни, будет абсолютно бесполезна, ведь мышь всё равно погибнет в первые несколько месяцев жизни. Для мыши важнее оставить после себя потомство, причем как можно быстрее и больше. Поэтому мышь способна к размножению всего через три месяца после рождения и производит на свет сразу 5–7 мышат. Беременность у мыши длится меньше месяца, за полгода-год жизни она успевает оставить после себя достаточное количество представителей своего вида.

В отличие от обычных полевых мышей, летучие мыши практически недоступны для хищников, меньше страдают от голода, так как способны летать на далекие расстояния в поисках пищи, и в целом они лучше избегают опасностей. Они гораздо реже гибнут, поэтому плодятся медленнее, чем обычные мыши. Беременность у летучей мыши длится 2–3 месяца и в помете всего 1–2 детеныша. Даже в дикой природе летучие мыши живут больше 30 лет.

Эволюция может работать для вида в двух направлениях. Она может сосредоточиться на максимальной плодовитости вида, а может работать над увеличением продолжительности жизни. Виды, которые получили от эволюции дар долгой жизни, обладают рядом эволюционных преимуществ, которые помогают им выживать в дикой природе. К таким преимуществам можно отнести наличие брони или другой защиты (черепахи и моллюски живут столетиями). Важным преимуществом является размер тела (слоны и киты неуязвимы для хищников, поэтому слон может спокойно прожить 50–80 лет, а кит все 200). Крайне полезна для выживания способность к полетам. Летающие животные лучше избегают опасностей и медленнее стареют (если курица живет до 7 лет, то голубь живет до 35 лет, чайка – до 50 лет, а попугай – больше 80 лет, что превышает среднюю продолжительность жизни человека). При этом метаболизм у птиц в пять раз быстрее, чем у людей, что еще раз опровергает теорию об износе организма как основной причины старости.

Важным эволюционным преимуществом является недоступность для хищников. Если обычные мыши погибают в течение первого года жизни, то их родственник, голый землекоп, живет под землей, скрываясь от острых зубов и когтей хищников. Этот грызун может дожить до 30 лет. К подобной же стратегии выживания прибегают и паразиты. Многие паразиты, от одноклеточных до ленточных червей, живут в тысячи раз дольше своих собратьев из дикой природы благодаря тому, что прячутся от опасностей в кишечнике, мышцах и легких животных и человека.

Самые удивительные эволюционные механизмы, влияющие на продолжительность жизни, – это интеллект и социальность. Взаимодействуя в группах, люди и обезьяны живут намного дольше многих других млекопитающих. Наша цивилизация – потрясающий пример использования интеллекта, благодаря которому довольно слабые физически существа, лишенные крыльев, брони и гигантских размеров, доживают в среднем до 80 лет.

В первобытные времена жизнь людей была крайне опасна, они погибали от голода, травм, болезней и хищников, мало кто доживал до 30 лет. Мутация, которая позволила бы им жить дольше, была бесполезна. Эволюционный процесс для человека, как и для мышей, пошел не по пути увеличения продолжительности жизни, а в сторону улучшения процессов размножения, чтобы наш вид сохранился на планете. До 30 лет наши предки должны были достигнуть полового созревания и оставить после себя потомство. Поэтому половой зрелости человек достигает к 11–12 годам, чтобы к моменту смерти его дети были способны выжить самостоятельно. До сих пор люди выглядят (и чувствуют себя) сильными и здоровыми до 30 лет, а затем начинают появляться первые признаки старения: седые волосы, морщины, проблемы с почками. Начиная с этого возраста, мы уже не очень интересны природе.

Второй причиной старения являются мутации, дающие преимущества в молодости, но оборачивающиеся проблемами в старости.

Природа заинтересована в том, чтобы до 30 лет мы были здоровы, бодры и способны к размножению, поэтому тяжелые болезни до этого возраста чаще всего обходят нас стороной. Более того, эволюция дает нам преимущества в виде полезных мутаций, которые повышают наши шансы дожить до 30 лет. Однако эти же мутации после 30 лет начинают приносить нам вред. Так, мутация, которая помогает человеку усваивать больше кальция в молодости и делает кости крепкими, в зрелом возрасте оборачивается тем, что больше кальция попадает в кровеносные сосуды, вызывая отвердение их стенок. После 30 лет человек, который в юности имел преимущество в виде крепких костей, становится более подверженным риску сердечного приступа.

Другой пример – болезнь Гентингтона, генетическое заболевание, которое проявляется в возрасте 40–50 лет и приводит к деменции и смерти. Если бы эта болезнь проявлялась в юном возрасте, люди бы не успевали оставить потомство, и эта мутация не смогла бы распространиться. Более того, люди с болезнью Гентингтона в молодости более плодовиты и обладают более мощной иммунной системой.

Еще один пример – болезнь Альцгеймера, генетическая предрасположенность к которой есть у каждого четвертого жителя Земли. Эта болезнь мучает людей в старости, но в молодости носители генов более выносливы и менее подвержены заболеваниям и инфекциям. В первобытном мире, где не было антибиотиков, эта мутация повышала шансы на выживание, а ее носитель чаще всего не успевал дожить до возраста, когда мутация приводила к нарушениям работы мозга. Даже сегодня дети с этой мутацией, живущие в трущобах, болеют реже. Получается, что гены, которые увеличивают риск заболеваний в старости и ускоряют старение, в молодости дают существенные преимущества – высокую фертильность, хорошую иммунную систему и крепкие кости.

Естественный отбор интересуют только те мутации, которые дают нам преимущества в молодости, и не интересуют те, которые проявляются у человека после периода размножения.

Третья причина старения – высокая фертильность. Эволюционный процесс для человека, как и для мыши, развивался в сторону совершенствования репродуктивных механизмов. Побочным эффектом полового размножения является то, что механизмы, полезные для воспроизводства в молодости, в зрелом возрасте ускоряют старение.

За эффективное размножение в организме животных отвечают половые гормоны. Избыточное воздействие половых гормонов сокращает продолжительность жизни. Так, самцы австралийской сумчатой мыши Antechinus stuartii во время сезона спаривания вырабатывают большое количество тестостерона и кортизола, которые делают их сильными, мускулистыми и агрессивными. В течение нескольких недель они дерутся с самцами-соперниками за внимание самок, завоевывая себе право на спаривание. После многочисленных боев и спариваний самцы умирают от ран, язвы желудка и инфекций, которыми заболевают, потому что гормон стресса кортизол отключает иммунитет. Похожим действием обладает и тестостерон. Лабораторные животные, которые получают повышенные дозы тестостерона, умирают быстрее.

Процессы старения в организме человека запускаются примерно в 11 лет, когда наступает период полового созревания и организм начинает получать ударные дозы половых гормонов. К 11 годам тело человека максимально приспособлено для долгой жизни. В этом возрасте риск смерти минимален, всего 1 к 40 000. Такое эффективное тело рассчитано на долгую жизнь (до 1200 лет в идеальных условиях). Начиная с 11 лет, риск умереть возрастает с каждым годом. Организм накачивает себя половыми гормонами, начинается рост мышц, ломка голоса, оволосение тела и созревание половых органов. Мы обмениваем 1200 лет жизни на способность к размножению. Риск смерти у мужчины резко возрастает в возрасте 11–23 лет, когда его организм вырабатывает огромные дозы тестостерона. Молодые мужчины начинают вести себя подобно самцам австралийской сумчатой мыши, они становятся агрессивными, склонными к риску и бесконтрольному спариванию. Ученые цинично называют этот период «тестостероновым слабоумием».

Чем больше живой организм тратит сил на половое размножение, тем быстрее он стареет. Воздержание от секса никак не влияет на эту ситуацию, так как организм вырабатывает половые гормоны постоянно. Самый эффективный и радикальный способ уменьшить количество половых гормонов в организме – кастрация и стерилизация, то есть удаление яичек у мужчин или яичников у женщин. Кастрированные животные живут дольше. Кастрированные люди тоже. Так, евнухи, кастрированные до полового созревания жили, в среднем, на 17 лет дольше, чем обычные мужчины из того же социального класса. Кастрация – эффективный, но точно не самый приятный способ продления жизни. Вряд ли кто-то добровольно согласится на такую операцию, учитывая побочные эффекты.

В то же время в природе размножение не всегда увеличивает риск смерти. Бесполое размножение вообще не влияет на время жизни. Например, гидра просто выпускает одну из своих клеток, которая потом становится полноценной новой гидрой. Поскольку новой гидрой может стать любая клетка в организме гидры-мамы, то этим клеткам нельзя стареть. Клетки гидры остаются молодыми вечно.

В человеческом организме тоже есть бессмертные клетки – это сперматозоиды и яйцеклетки. Половым клеткам нужно сохранять молодость, чтобы дети рождались юными, без признаков возрастных заболеваний, которые могут быть у родителей.

Еще один пример бессмертия – раковые клетки. Они бесконечно делятся и не демонстрируют никаких признаков старения. В конце концов, бесконтрольное деление выходит им боком. Постоянно делясь, раковые клетки уничтожают себя, убивая своего носителя.

Идея № 2. Повреждение митохондрий запускает процесс старения

Автор пишет о четырёх механизмах, которые запускают в нашем теле процессы старения: агломерация (скопление) белков в клетках, поперечные связи, дефекты митохондрий и изменения ДНК. Чтобы разобраться, почему мы умираем, сначала нужно понять, благодаря чему мы живем.

Бактерия появилась на нашей планете 3,8 млрд лет назад. Это простейший организм, у которого нет ядра. Белки и ДНК плавают прямо внутри бактерии вместе с мусором, который вырабатывается в процессе жизнедеятельности. Даже такому простейшему существу для жизни нужна энергия, и бактерия получает ее из окружающей среды. Разным бактериям для жизни нужны разные виды «пищи» – кислород, углекислый газ, другие бактерии. В процессе их переработки бактерия вырабатывает молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). Это не что иное, как энергия в удобной упаковке.

Два миллиарда лет назад произошло уникальное событие. Одна довольно крупная бактерия поглотила бактерию поменьше, но не сумела ее переварить. Проглоченная маленькая бактерия приспособилась к новой среде обитания, и два существа вступили во взаимовыгодные отношения. Большая бактерия делилась пищей со своей «квартиранткой», а та взамен вырабатывала молекулы АТФ для своей хозяйки. По сути, бактерия создала внутри себя органический аккумулятор, который давал много энергии и периодически требовал подзарядки в виде пищи. Благодаря избытку энергии бактерия начала эволюционировать. Она стала крупнее и создала внутри себя ядро, в которое переместила ДНК, чтобы защитить его от повреждений. Она поселила в себе еще пару тысяч бактерий-аккумуляторов и перестала вырабатывать энергию сама. Иными словами, бактерия превратилась в клетку, а маленькая бактерия внутри нее превратилась в митохондрию. Без этого симбиоза нашу планету до сих пор населяли бы только простейшие организмы.

Чтобы произвести АТФ, митохондрии нужны источники энергии в виде жиров, белков и сахаров, которые мы получаем с пищей. Чтобы их переработать, митохондрии требуется кислород. Получившаяся в результате этого процесса АТФ-молекула активно связывается с различными белковыми структурами в нашем теле, вызывая их сокращения (так мы дышим и двигаемся). Поэтому наше тело функционирует. Если митохондрия получает недостаточно кислорода, она не может произвести АТФ, и человек умирает.

На первый взгляд, эта система безукоризненна. Достаточно обеспечить клетку постоянным доступом к источникам энергии и кислороду, чтобы жить вечно. Но у митохондрий есть слабое место – ДНК.

Поскольку митохондрия – потомок бактерии, у нее есть собственная ДНК, которая свободно плавает внутри митохондрии вместе с белками и свободными радикалами, токсичными «мусорными» частицами, побочным продуктом производства АТФ-молекул. Свободные радикалы находятся слишком близко к митохондриальной ДНК и повреждают ее.

К счастью, клетки продолжают эволюционировать. За 2 миллиарда лет большая часть генов из митохондрии переместилась в ядро самой клетки, которое защищает свое содержимое от внешних опасностей с помощью нескольких слоев оболочки. Но 37 генов всё еще остались внутри самой митохондрии, и они очень уязвимы для повреждений. Поврежденные митохондрии вырабатывают меньше АТФ-энергии. Это одна из причин старения.

У детей митохондрии еще целые, и дети полны энергии. У их родителей энергии уже меньше, а у бабушек и дедушек совсем мало. Даже у самых здоровых людей процесс разрушения митохондрий рано или поздно вызовет возрастные заболевания. Повреждения митохондрий приводят к гибели клеток тела (мы быстрее устаем), клеток мозга (память становится хуже), мышечных клеток (мы теряем мышечную массу), клеток сердца (сердечные болезни), нервных клеток (замедляются рефлексы), клеток глаз и ушей (ухудшаются зрение и слух), жировых клеток и клеток поджелудочной железы (мы набираем вес и страдаем от диабета 2-го типа).

Удивителен сам факт того, что сложная жизнь на нашей планете оказалась возможной благодаря тому, что 2 миллиарда лет назад одна бактерия съела другую. И по этой же причине мы стареем и умираем.

Идея № 3. Повреждения ДНК вызывают старение клеток

Не только повреждение митохондриальной ДНК виновато в том, что мы стареем. Важную роль в этом играют и ДНК, хранящиеся в ядре клетки.

Оболочки клеточного ядра надежно ограждают ДНК от свободных радикалов, поэтому эти гены находятся в куда лучших условиях по сравнению с генами внутри митохондрий. Но клеточная ДНК страдает от собственных проблем.

Во-первых, с возрастом ДНК «скручивается». В обычном виде ДНК и так скручена в пружину внутри клеточного ядра (иначе она там просто не поместится). Чем менее туго скручена ДНК, тем лучше она регулирует жизнь наших клеток. Но с возрастом ДНК начинает скручиваться сильнее, или раскручивается на некоторых участках. В результате клетка хуже функционирует.

Во-вторых, теломеры на концах ДНК со временем укорачиваются. Теломеры – это специальные «колпачки» на концах цепей ДНК, которые не дают ДНК распуститься. Теломеры младенца длинные, но при каждом делении теломеры становятся немного короче. Каждая клетка может делиться около 60 раз, а затем теломеры становятся настолько короткими, что больше не могут держать концы нитей ДНК, и те начинают распадаться. Нити ДНК называются хромосомами. Клетка с поврежденными хромосомами больше не может нормально функционировать и умирает.

Зачем организму вообще ограничения в виде теломер? Они служат важной цели – ограничивают количество делений, защищая наши клетки от рака. Когда теломеры на ДНК раковых клеток становятся слишком короткими, ДНК распадается, раковые клетки самоуничтожаются.

К сожалению, раковые клетки тоже эволюционируют. Иногда в результате мутаций они начинают вырабатывать теломеразу, особый белок, который автоматически восстанавливает длину теломер после каждого деления. Это позволяет раковым клеткам делиться вечно.

Теломеразу умеют вырабатывать не только раковые клетки. Некоторые полипы и черви тоже вырабатывают ее, поэтому они не стареют. У людей теломераза вырабатывается в половых клетках.