Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский
В то же время потенциал эволюционной теории старения еще только предстоит реализовать. Большинство моделей накопления повреждений игнорируют аргументы, которые мы обсуждали в главе 3, и рассматривают старение как проявление энтропии или других физических свойств органической материи. Беспомощность таких представлений может быть легко выявлена при помощи элементарных эволюционных аргументов.
Один из таких простых аргументов заключается в том, что продолжительность жизни животных — разная. Например, крысы обычно живут менее пяти лет, а древесные белки могут доживать и до двадцати [19]. Близкородственные виды мелких летучих мышей, принадлежащих к роду Myotis, могут различаться в два-четыре раза по продолжительности жизни [20]. Значит ли это, что базовые законы физики по-разному влияют на эти виды животных? Конечно нет! Очевидно, что дело не в энтропии как таковой, а в эффективности механизмов борьбы с ней.
Долголетие эволюционировало многократно в разных группах живых организмов, поэтому приобретение более эффективных механизмов контроля энтропии (если мы считаем энтропию основной причиной старения) не представляется особенно сложным. Никто еще не продемонстрировал убедительных доказательств наличия фундаментальных препятствий для эволюции продолжительности жизни.
Почему же тогда короткоживущие виды не эволюционировали по направлению к большей продолжительности жизни? Чем дольше животное живет, тем дольше оно может размножаться, а ключевая идея эволюции — репродуктивный успех. Таким образом, долголетие по определению всегда должно приносить эволюционную выгоду! Почему же, несмотря на это, животные стареют? Почему одни животные живут дольше других?
Очевидно, что ответы на эти вопросы заложены в свойствах экологических ниш, которые занимают животные, и они могут быть найдены с помощью методов экологии и эволюционной биологии. Приведенная выше цитата Феодосия Добржанского — это не сентиментальное высказывание, а прямой призыв к действию. Старение должно рассматриваться как экологический феномен, а не как набор биохимических реакций. Выживание организмов в экосистемах определяет их эволюцию, формируя клетки, гены и молекулы. Первичные причины старения должны быть экологическими и могут быть найдены с помощью эволюционных исследований. Результаты этих исследований должны привести нас к механизмам старения и вдохновить на разработку лекарств.
В качестве первого шага можно использовать сравнение крыс и бе́лок как формальный критерий для отбраковки теорий, которые априори не могут стать основополагающей парадигмой. Назовем этот критерий «беличьим тестом»[3]. Если мы сравним крыс и белок, то обнаружим, что у белок меньше соматических мутаций, они лучше контролируют белковый гомеостаз и медленнее укорачивают теломеры, чем крысы. Однако механистические модели не способоны объяснить причины существования разных скоростей старения родственных видов животных.
Поясним это на примере: если гликирование является основной причиной старения, то почему оно убивает крыс гораздо быстрее, чем белок? Если белки могут контролировать гликирование и жить до двадцати лет, почему аналогичные механизмы не развились у крыс? То же самое относится и ко всем остальным теориям класса накопления повреждений. Перечисленные выше биохимические процессы безусловно могут быть вовлечены в старение. Они даже могут играть решающую механистическую роль, однако не могут быть основой парадигмы старения. Первичная причина старения — это фактор, который диктует, почему гликирование, теломеры и другие молекулярные процессы эволюционировали так, чтобы повреждаться быстро (у крыс), в то время как они могут повреждаться медленнее (у белок).
Но почему так много ученых до сих пор придерживается идей, ориентированных на повреждения? Главная проблема заключается в том, что они игнорируют эволюционные соображения и фокусируются на конкретных биохимических путях и механизмах, пытаясь объяснить долголетие животных, изучая их физиологию. Чтобы объяснить огромную разницу скоростей старения животных, некоторые исследователи утверждают, что продолжительность жизни определяется в результате сложных взаимодействий между:
• процессами, которые приводят к повреждениям разного типа;
• эффективностью работы репарации повреждений организма;
• устойчивостью компонентов тела к повреждениям;
• избыточностью компонентов организма — например, если одна система выходит из строя, другая может заменить ее функцию.
Сочетая эту многофакторную модель с непреодолимой сложностью биологических организмов, очень легко построить гипотезу ad hoc 13, объясняющую долголетие любого вида. Например, долголетие голых землекопов можно объяснить относительно низким уровнем метаболизма и малым производством повреждений, а долголетие птиц (продолжительность жизни которых намного больше по сравнению с млекопитающими сопоставимых размеров) — гипотезой о том, что их чрезвычайно высокий метаболизм потребовал изобретения неких сверхэффективных механизмов репарации, которые, по счастливой случайности, помогают им устранять повреждения, связанные со старением [21]. Концепции, ориентированные на повреждения, не требуют ответа на вопрос, почему эффективные механизмы репарации, продлевающие жизнь, не развились у землероек, которые тоже имеют очень высокий уровень метаболизма, но живут очень недолго. Старение и продолжительность жизни, согласно этим концепциям, эволюционно не важны и объясняются какими-то случайными причинами.
В следующей части мы увидим, что этот подход игнорирует весь объем экологических и эволюционных исследований. Моя позиция заключается в том, что если модель не может объяснить, почему эволюционировали разные скорости старения, то она не может объяснить эволюционную природу старения в целом. В таком случае, мы оказываемся неспособны решить, какие механизмы более важны, а какие менее.
В то же время я не знаю ни одного эксперимента, который бы доказал модель накопления повреждений как исходную причину старения. Действительно, мы можем наблюдать множество типов повреждений в старых организмах и даже можем продемонстрировать скромные результаты по улучшению здоровья и долголетия лабораторных мышей, если устраняем эти повреждения с помощью терапевтических средств или генетических манипуляций. Однако доказывает ли это причинную роль повреждений в старении? Нет. Такие же наблюдения и эксперименты можно провести и при любом другом заболевании: ткани животных, страдающих диабетом или вирусными инфекциями, содержат много повреждений, устранение которых немного улучшит их состояние. Значит ли это, что эти повреждения тканей являются основной причиной диабета или инфекции? Конечно же нет. Согласно этой же логике, у нас нет никаких оснований считать повреждения причиной старения.
В этой книге мы попытаемся создать общую теорию, которая объяснит наблюдения, связанные со старением, в рамках универсальной эволюционной модели.
Мы сосредоточимся на тех немногих эволюционных моделях, которые могут пройти «беличий тест». Почему они относительно малочисленны? Длительное внимание к механистическим аспектам старения создало эволюционным исследованиям репутацию второсортного научного направления, над которым ученые могут работать разве
