Текст книги "Стареть, не старея. О жизненной активности и старении"

Получение потомства может происходить еще более ожесточенно. Самка богомола после спаривания съедает партнера. Так самец доставляет ей питательные вещества ради их общего потомства.

Цена секса

Чтобы получить экспериментальное доказательство теории «тела на выброс», было проделано множество опытов на дрозофилах. Плодовые мушки давно используются в различных исследованиях, ставших богатым источником новых научных знаний. Дрозофилы стареют уже через несколько недель, что является важным условием в исследованиях долготы жизни. Последнее, и немаловажное, преимущество заключается в том, что массовое разведение их в лабораторных условиях обходится очень недорого. Однако при проведении опытов возникает принципиальная проблема: как только экспериментатор устанавливает, что какая-то мушка живет очень долго, то оказывается, что биологически она достигла старости, стала менее плодовита и скоро погибнет. Но ведь это именно те мушки, на которых исследователь хотел бы провести свои опыты (скрещивание).

Бас Зваан, увлеченный профессор-генетик, в ходе своих диссертационных исследований нашел элегантное решение этой проблемы. Он воспользовался тем, что дрозофилы при низкой температуре живут дольше, а при высокой – продолжительность их жизни сокращается. Каждое новое поколение дрозофил он произвольно делил на две группы, и одну группу подвергал действию высокой температуры. Таким образом можно было быстро установить, имеет он дело с более – или с менее долго живущими особями, которых другим способом различить было бы невозможно. Как только он устанавливал, какие именно семьи живут меньше, а какие дольше, он брал выживших при более низкой температуре братьев и сестер, чтобы продолжать опыты уже с ними. Результаты этих экспериментов весьма примечательны. Оказалось, что селекция наиболее долго проживших мушек, повторявшаяся на протяжении нескольких поколений, привела к значительному увеличению средней продолжительности их жизни. Программу селекции Баса Зваана ради увеличения продолжительности жизни дрозофил можно сравнить, также и по эффективности, с программой Us Mem [Наша Мать (фризск.)] по выведению племенных фризских коров с целью получения высоких надоев.

Одновременно Бас Зваан изучал способность долго живущих дрозофил к яйценоскости. Заметим: здесь не производилась селекция ни «за», ни «против». Он установил, что долго живущие дрозофилы в течение жизни откладывают меньше яиц. Справедливо было также обратное: у мушек, вырабатывавших много яиц, жизнь была значительно короче. Выводы этих биологических экспериментов полностью согласуются с теорией «тела на выброс»: вложение ресурсов в более продолжительную жизнь происходит за счет вклада в число потомков.

Механизму, который лежит в основе вопроса: «Что стоит на первом месте: собственный организм или дети?» – можно также дать название the cost of sex, цена секса. Британский биолог Линда Партридж попыталась проникнуть в суть этого механизма. В одном из экспериментов, изучая выживаемость самцов дрозофилы, она разделила их на две группы: тех, у кого были, и тех, у кого не было сексуальных контактов. Оказалось, что у мушек-самцов, которые соединялись с самками, риск умереть был в пять раз выше, чем у самцов, у которых контактов с самками не было. Возросшая опасность умереть полностью исчезала, если самцы совершенно не имели контактов с самками. Под микроскопом было видно, что самцы получали серьезные повреждения при спаривании, в том числе были повреждены крылышки. Поскольку дрозофилы обладают весьма ограниченными возможностями регенерации, спаривание ведет чаще всего к остаточным повреждениям, потере функций и повышению смертности. Осложнения, связанные со спариванием, были названы прямой ценой секса.

Но есть также и непрямая цена секса. Она связана не со спариванием, но со способностью быть готовым к сексуальной активности и к получению потомства. Другими словами, цена, которая должна быть уплачена, чтобы можно было получить различные варианты одного и того же вида. Большей частью существует разделение на два пола, мужской и женский, в каждом из которых наличествует только один вид половых клеток. Но существует также и двуполость – гермафродитизм. Двуполые особи способны размножаться самостоятельно, без того чтобы спариваться с другими особями своего вида.

Первое свидетельство непрямой цены секса мы видим в жизненном пути такого бесполого вида, как гидра. Полип размножается, вырастая из одной «омнипотентной» стволовой клетки. Этот вид стволовых клеток рассеян по всему телу. В размножении никакой пол не участвует. Из тех же самых стволовых клеток могут образовываться различные ткани. Таким образом полип обретает возможность размножаться посредством клонирования и одновременно, благодаря хорошей регенерации, избежать процесса старения.

Не так давно обнаружили, что в лаборатории некоторые особи гидры подвергались половой трансформации. Она происходит в том случае, если окружающая среда становится менее благоприятной. Изменение условий гидра воспринимает как опасность для выживания. В качестве реакции на произошедшее изменение бесполая гидра трансформируется в двуполую. С точки зрения эволюции это можно объяснить тем, что в изменившихся условиях двуполая гидра при половом размножении имеет более высокие шансы на успешное получение потомства, чем бесполая гидра. Но за такую половую трансформацию приходится платить высокую цену. В отличие от бесполых особей риск смерти в данном случае значительно увеличивается. Двуполые гидры стареют!

Исследователи стволовых клеток открыли причину того, почему это происходит. У всех млекопитающих половые клетки появляются из полового зачатка. Половой зачаток, в яичниках и в яичках, состоит из одной группы унипотентных стволовых клеток, обладающих возможностью развиться лишь в половые клетки. Половые клетки в половом зачатке, таким образом, существенно отличаются от омнипотентных стволовых клеток, из которых могут образовываться все ткани организма и с помощью которых, например, гидра может себя клонировать. Если гидра двуполая, у нее есть еще и стволовые клетки, так же как в половом зачатке, но они больше не обладают омнипотентной способностью, в отличие от стволовых клеток бесполых гидр. Вывод очевиден: половая трансформация происходит ценой утраты способности к регенерации. Иными словами, гидра получает «тело на выброс».

Дрозофилы-аристократы

В 1998 году в Манчестере я целый год работал с Томасом Кирквудом. Его теория «тела на выброс» побудила меня задуматься о том, как и почему мы стареем. Усвоив понимание эволюционных процессов, неизбежно приходишь к вопросу: применима ли теория «тела на выброс» также и к человеку? Пока что доказательства справедливости этой теории могли предоставить лишь дрозофилы.

Я обучался в Лейдене у профессора Яна Ванденбруке наблюдательному методу научных исследований человека – эпидемиологическому методу. Большинство биологов прибегают в своей работе к экспериментам: в лабораториях они целенаправленно изменяют генетический материал подопытных животных или окружающую их среду и изучают полученные результаты. Но бóльшая часть этих лабораторных опытов по различным причинам неосуществима на людях. От Яна Ванденбруке я узнал, что с человеком происходят спонтанные перемены, которые сравнимы с целенаправленными изменениями при лабораторных экспериментах, но, безусловно, не являются запланированными. Тщательно изучая эти явления – псевдоэксперименты – у человека, можно получить информацию о причинах его болезней или здоровья. Так, люди, страдающие старческой слепотой, вероятно, являются носителями генетических вариантов в иммунной системе. Знание этого помогло определить роль воспалений в повреждении сетчатки.

Я предложил Томасу Кирквуду использовать эпидемиологический метод для проверки теории «тела на выброс» для человека. Его первая реакция была негативной. Какие спонтанные события в человеческой жизни можно было бы сравнивать с опытами Баса Зваана по скрещиванию? В отличие от лабораторного эксперимента, когда отобранных по признаку долгожительства дрозофил принуждают к сексу, люди в большинстве случаев занимаются сексом добровольно и относительно произвольно. Но принцип, состоящий в том, что при половом размножении мужской и женский генетический материал смешиваются друг с другом, у дрозофилы и у человека один и тот же. Поэтому дети от одного брака могут рассматриваться как генетический эксперимент отца и матери, хотя сами супруги, разумеется, ни о чем подобном не думали.

В конечном итоге Кирквуд изменил свое мнение. Руководствуясь опытами Баса Зваана, Томас Кирквуд и я стали выискивать родительские пары, где он, или она, или они оба достигали преклонного возраста, – чтобы проследить, обладают ли дети от этого брака большей, нежели средняя, продолжительностью жизни при меньшем, чем среднее, числе детей. Как всегда, в научных исследованиях присутствовал элемент удачи. В 1998 году в английских газетах появились объявления о выпуске генеалогического компакт-диска с информацией о носителях всех аристократических титулов. С незапамятных времен британские аристократы с величайшей точностью заносили в архивы данные о своих семьях: кто на ком был женат, сколько у него родилось детей и до какого возраста все они дожили. С выходом компакт-диска одного нажатия кнопки было достаточно, чтобы эти архивы стали доступны любому. Каждый мог проверить, не является ли и он потомком того или иного аристократического рода.

Для исследователей новый компакт-диск был поистине кладом. Потомки тысяч супружеских пар могли быть изучены, как если бы это был естественный эксперимент! То, что данные касались только аристократов, решало и другую щекотливую проблему. Классовые различия социального и экономического характера могут серьезно препятствовать наблюдательным экспериментам. У людей, принадлежащих к высшему классу, меньший риск умереть, бóльшая продолжительность жизни и в среднем меньше детей. При поверхностном изучении может возникнуть представление о мнимой зависимости: меньшее число детей объясняется именно классовой принадлежностью. Но поскольку британские аристократы на протяжении нескольких веков всегда принадлежали к высшему классу (upper class), а граждане низших социально-экономических классов в этих архивах не фигурировали, такая проблема не возникала.

После того как Томас Кирквуд и я распределили по группам десятки аристократических биографий, оказалось, что замужние женщины-аристократки, умершие молодыми, рожали меньше детей по сравнению с теми женщинами, которые умерли в более преклонном возрасте. И это вполне логично, ибо бóльшая продолжительность жизни позволяет произвести на свет больше детей. Но долгие годы жизни после менопаузы, разумеется, не дают подобного преимущества, поскольку естественная фертильность женщины уже позади. На общем фоне явно выделялись женщины-аристократки, которые достигали возраста восьмидесяти лет и старше, при этом чаще всего остававшиеся бездетными или же родившие только одного оставшегося в живых ребенка. Было бы нелогично предположить, что эти женщины уже в самом начале замужней жизни сознательно приняли решение не иметь детей или же иметь их как можно меньше, чтобы прожить как можно дольше. Напротив, поскольку в британских аристократических семьях наследование имело исключительно важное значение, мы исходим из того, что такое отсутствие детей было нежеланным. Согласно теории «тела на выброс» и в соответствии с поведением дрозофил Баса Зваана мы можем заключить, что у людей долгожительство и многочисленное потомство большей частью друг с другом не сочетаются.

Когда Томас Кирквуд и я опубликовали полученные нами результаты в научных изданиях, британская пресса, никогда не останавливавшаяся перед крепкими выражениями, выдала: «British aristocracy mate like fruitflies» [ «Британские аристократы спариваются, как плодовые мушки»].

В исследованиях, относящихся к британской аристократии, мы сделали примечательное наблюдение, что соотношение между числом детей и продолжительностью жизни в современный период отсутствовало – я возвращусь к этому обстоятельству в главе 5, – словно бы в наше время никакой цены секса вовсе не существует. Отчасти так оно и есть. Смерть от родов – отдаленное по времени, однако прямое следствие занятия сексом, – пожалуй, осталась в прошлом. К тому же и многие передаваемые половым путем болезни исчезли. Остается вопрос, больше или меньше секса – удлиняет жизнь или укорачивает? Утверждают, что секс полезен для здоровья. Мнение основывается на том, что здоровые люди остаются сексуально активными в преклонном возрасте, тогда как те, кто говорят о снижении сексуальной активности, чаще всего люди больные и слабые. Но разве не более вероятно, что больные и слабые меньше занимаются сексом? Секс в нашей жизни имеет эмоциональную и социальную ценность. Неправдоподобно, что жизнь из-за секса делается длиннее или короче.

Половое размножение является неотделимой частью жизненного цикла человека и многих других (млекопитающих) животных. Эволюционное развитие привело к тому, что мы инвестируем в потомство за счет самих себя. Вот логическое объяснение того, почему люди стареют. Каким образом секс является одной из причин старения, я постараюсь рассказать в следующих главах.

Глава 4. Счетоводы конца

Растущая продолжительность жизни вызывает головную боль у управляющих страховых компаний и пенсионных фондов. К счастью, ожидаемую продолжительность жизни можно представить в виде формул. Существует математическая модель, чтобы прогнозировать длительность остающейся жизни. По мере старения риск смерти удваивается каждые восемь лет и растет в экспоненциальной зависимости. Некоторые ученые делают из этого вывод, что скорость старения человека независимо от обстоятельств постоянна и закреплена генетически. Но, помимо генов, следует считаться также с факторами окружающей среды и случайностями.

Деньги и продолжительность жизни всегда были тесно связаны. Уже в XVII веке Штаты Голландии продавали пожизненную ренту, чтобы финансировать социальное регулирование. Граждане покупали у властей ренту и получали взамен определенный доход. Пожизненная рента составляла обычно 6–7 % вложенной суммы, и деньги использовались прежде всего для поддержания жизни вдов. Примерно к 1670 году правители Голландии были серьезно озабочены тяжелым бременем предстоящих выплат. В Гааге Штаты Голландии поручили Великому пенсионарию Йохану де Витту разработать лучше обоснованное урегулирование. В Амстердаме городское управление с тем же обратилось к бургомистру Йоханнесу Хюдде. Де Витт и Хюдде, будучи руководителями, были также и математиками. Правящий бургомистр Хюдде имел доступ к контрактам, которые город Амстердам продавал своим гражданам. Взяв Tafel van Afsterving [Таблицу смертности], он подсчитал, распределив по возрасту, число ожидаемых лет жизни всех застрахованных. Основываясь на этих расчетах, он пришел к выводу, что выплачивались слишком высокие ренты. Однако выплаты не сократили: для этого не хватило поддержки большинства. Имелись многочисленные политические и эмоциональные причины, по которым выводы расчетов были проигнорированы. Аналогичные причины существуют и по сей день.

Величина страхового взноса

Точная оценка ожидаемой продолжительности жизни имеет решающее значение для определения связанных с этим рисков, доходов, взносов и выплат пенсий и страховых премий. В 1693 году астроном Эдмонд Халли[6]6
  Эдмонд Халли (Edmond Halley; 1656–1741) – английский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф (в российской практике закрепилось произношение Галлей).


[Закрыть] (известный по «комете Галлея») составил настоящую таблицу выживаемости. С ее помощью впервые стало возможно определять среднюю продолжительность жизни. Те, кто сделал это своей профессией, получили наименование актуариев, нередко они имели математическое образование. Существенных изменений данный предмет за последующие столетия не претерпел. Но, в отличие от своих прежних коллег, нынешние актуарии оценивают среднюю ожидаемую продолжительность жизни также и на будущее. Эти данные нужны пенсионным фондам и страховым компаниям, чтобы защитить свое финансовое положение. Растущая продолжительность жизни – что может быть лучше? Но отсюда же для руководителей пенсионных фондов и страховых компаний и головная боль. Как сообщать клиентам плохую часть этой хорошей новости? Не пришло ли время сокращать выплаты? Будет ли увеличиваться страховая премия, или придется дольше выплачивать страховые взносы для достижения необходимой величины накоплений, или же необходимо и то и другое?

Несмотря на внимательность и точность, актуарии сильны не во всем: они плохо прогнозируют будущее. В некоторых случаях они переоценивают развитие продолжительности ожидаемой жизни, но в большинстве случаев недооценивают. Всякий раз оказывается, что она вновь увеличилась по сравнению с тем, чтó до этого считалось возможным. Как следствие, установленные взносы до сих пор недостаточны, а выплаты относительно высоки.

Пожалуй, все нынешние модели, сценарии и прогнозы ожидаемой продолжительности жизни базируются на идеях математика Бенджамина Гомпертца[7]7
  Бенджамин Гомпертц (Benjamin Gompertz; 1779–1865) – английский математик – самоучка (доступ в университет был закрыт из-за еврейского происхождения).


[Закрыть]. В 1825 году он разработал простую модель. Суть ее в том, что Гомпертц отказался связывать увеличение риска смерти из-за наступления старости с риском смерти вообще, независимо от возраста, то есть с риском, когда гидру съедает колюшка или когда человек гибнет в железнодорожной катастрофе.

Модель Гомпертца исключительно действенна. Она все еще остается отправным пунктом для ученых, пытающихся выразить в цифрах процесс старения. Представьте себе, что риск смерти от года к году не увеличивается, как в случае с гидрой; что риск смерти и через десять, и через двадцать пять лет остается тем же, – разве это значит, что гидра бессмертна? Вовсе нет, ибо риск смерти всегда выше нуля. Но поскольку риск смерти остается постоянным и с годами не увеличивается, в биологическом смысле он не сильно меняется и полип не стареет. Удары судьбы, из-за которых иногда все идет прахом, – нечто принципиально иное, нежели процесс старения, который грызет организм, делая его более уязвимым, болезненным, пока не приводит к смерти.

Гомпертц также указал на то, что с годами, по мере старения, сильно увеличивается риск смерти. Увеличение происходит по экспоненте: каждые восемь лет риск смерти удваивается. Правило справедливо независимо от того, сколько вам лет: 23 года, 57 или 83. Заметим: в 83 года риск умереть намного выше, чем в 57 лет или в 23 года. Это постоянное удвоение справедливо не только для жителей Англии, для которых Гомпертц прежде всего предназначал свою модель, но и для жителей Нидерландов или Африки. Модель Гомпертца была применима не только в его время, она справедлива и сейчас, в том числе в периоды войн или голода. Однако это не означает, что риск смерти во всех странах и при всех обстоятельствах одинаков. Результаты здесь сильно расходятся. Различия могут зависеть от времени, условий среды и обстоятельств жизни людей. Но всегда и везде скорость удвоения риска смерти с годами одна и та же.

Некоторые ученые исходят из того, что скорость старения человека при любых обстоятельствах величина постоянная. Они рассматривают ее как своеобразную характеристику процесса старения и видят в ней результат длительного естественного отбора и генетически закрепленный процесс, на который не могут влиять внешние обстоятельства.

Модель Гомпертца справедлива также, если речь идет о смерти мышей, слонов и других животных. У всех млекопитающих без исключения риск смерти с возрастом увеличивается по экспоненте. Время, за которое удваивается риск смерти мышей, самое короткое: они быстро стареют. У слонов скорость удвоения риска с годами самая долгая, слоны старятся медленно. Люди находятся между теми и другими. Скорость процесса старения, таким образом, может быть выражена численно. Она различна для различных видов животных, но одинакова для представителей одного вида. Теперь ясно, почему ученые с таким энтузиазмом относятся к величине постоянной скорости удвоения. Хотя для мышей, слонов и людей риск смерти характеризуется постоянной скоростью удвоения, само это число ничего не говорит о лежащем за всем этим биологическом объяснении. Причины старения различных видов сильно отличаются друг от друга.

Примечательно, что риск поломки или выхода из строя для автомобиля или стиральной машины с годами также увеличивается экспоненциально. Иными словами, риск аварии сложного агрегата также характеризуется постоянной скоростью удвоения. Так что необходим совершенно иной способ мышления, чтобы понять, почему эта скорость удвоения постоянна. Если окинуть взором картину в целом, оказывается возможным очертить закономерность, определяющую скорость старения: дело в дефектах комплексных систем, и риск во всех случаях возрастает по экспоненте. В главе 8, опираясь на основополагающий биологический механизм старения человека, я покажу, что именно акселерацией (ускорением) накапливающихся дефектов можно объяснить постоянную скорость удвоения. Объяснение справедливо как для живых существ, так и для технических агрегатов.