Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

При этом, если геронтологов спрашивают, почему они проводят эксперименты именно так, а не иначе, дискуссия в итоге приводит нас к рассуждениям именно о содержимом «пыльного эволюционного подвала». Из-за исторического пренебрежения эволюцией эти размышления не всегда последовательны и научно корректны. Мы попробуем провести в этом подвале генеральную уборку и вернуть ему его главную роль — роль фундамента геронтологии.

10 Во время подготовки этой книги к списку признаков добавились повреждения внеклеточного матрикса и психологическая изоляция [17].

11 Соматические мутации происходят в соматических клетках, из которых состоят наша кожа, кровь, мозг и остальные части тела. Эти мутации не могут передаваться следующим поколениям. Их необходимо отличать от зародышевых мутаций, которые происходят в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах, из которых получаются эмбрионы). Примечательно, что частота мутаций в зародышевой линии в 10 раз меньше, чем в соматических тканях. Более того, с помощью некоторых генетических манипуляций исследователи снижают частоту соматических мутаций, активируя механизмы восстановления ДНК зародышевой линии в соматических клетках. Так что, в принципе, каждая клетка нашего организма может снизить уровень соматических мутаций. Почему же эволюция не использует эту возможность?

12 Теломеры — это «колпачки» на концах хромосом, которые становятся короче при каждом делении клетки.

13 ad hoc(лат.) — «для данного случая», «специально для этого».

Краткое содержание части 1

Мы узнали, что научного определения старения в настоящее время не существует. В то же время разработка средств лечения старения при отсутствии парадигмы является очень сложной, если не невозможной задачей. Чтобы найти желаемые свойства гипотетической парадигмы старения, мы изучили успешные и провальные научные теории. Мы пришли к выводу, что хорошая общая теория старения:

• должна быть краткой;

• должна быть фальсифицируемой;

• не должна противоречить известным фактам;

• должна предлагать новые направления для будущих исследований;

• по возможности должна включать идею об эволюционном предназначении старения.

Мы пришли к выводу, что эволюционная биология — правильный подход к поиску причин старения и обстоятельств, по которым оно было приобретено или не устранено у большинства живых организмов.

В следующей части мы рассмотрим историю эволюционных теорий старения и попытаемся понять, почему они имеют лишь ограниченное влияние на экспериментальные геронтологические исследования.

Часть 2

Эволюционные теории старения

Глава 6

Гипотеза Августа Вейсмана

Первая попытка объяснить старение с эволюционной точки зрения была предпринята одним из самых ярких теоретиков своего времени, немецким эволюционным биологом Августом Вейсманом. В своей книге «Очерки о наследственности и смежных биологических проблемах» (Aufsätze über Vererbung und verwandte biologische Fragen), опубликованной в 1892 году, среди прочих идей он предположил, что старение могло развиться для устранения старых животных, которые в ходе своей долгой жизни были ранены, потеряли конечности или заразились инфекционными болезнями.

Очевидно, что с возрастом вероятность получить такую непоправимую травму увеличивается. Искалеченные особи не участвуют в размножении, но по-прежнему потребляют пищу, воду, а также занимают территорию и убежища, тем самым забирая их у более молодых и плодовитых особей, которые могли бы использовать эти ресурсы с большей эффективностью 14. Таким образом, удаление старых, потенциально травмированных животных может увеличить плодовитость молодых членов популяции и, следовательно, быть эволюционно выгодным. Теория постулировала, что старение — запрограммированный процесс, направленный на убийство людей и животных после достижения того возраста, в котором они, как ожидается, будут иметь тяжелые увечья.

В последующие годы эта модель была отвергнута научным сообществом. По мнению Вейсмана, старение развивалось как генетическая программа, которая убивает животное, тем самым жертвуя его шансами на размножение ради получения эволюционных преимуществ, которыми может воспользоваться любой член популяции. Действительно, ресурсы, которые стали доступны после смерти старого животного, могут быть использованы неродственными ему молодыми особями. Следовательно, старение в модели Вейсмана может улучшить общую приспособленность 15 популяции, но никак не может помочь в распространении генов конкретного стареющего индивидуума, в том числе тех генов, которые отвечают за программу старения.

Чтобы лучше понять этот аргумент, давайте проведем мысленный эксперимент и введем нестареющего долгоживущего «эгоиста» в популяцию «альтруистов», которые убивают себя, чтобы высвободить ресурсы для блага популяции. Молодые эгоисты и альтруисты получат эквивалентные преимущества от смерти старых альтруистов. В то же время, некоторые из эгоистов будут иметь дополнительные репродуктивные преимущества из-за своей высокой продолжительности жизни. Не все эгоисты будут искалечены к тому времени, когда все альтруисты умрут от старости. Эти оставшиеся эгоисты будут использовать дополнительное время, чтобы принять участие в большем количестве сезонов размножения и в результате оставят больше потомства.

Со временем число эгоистов будет увеличиваться, пока они полностью не вытеснят альтруистов. Средний уровень состояния здоровья членов популяции может из-за этого снизиться, что никак не повлияет на результаты конкуренции. С другой стороны, единичный альтруист, введенный в популяцию эгоистов, не сможет быть успешным, и его гены будут быстро удалены отбором. Таким образом, эгоистичные интересы всегда берут верх в конфликте с интересами сообщества.

Стратегии, которые способствуют индивидуальному воспроизводству, остаются эволюционно стабильными, даже если они могут повредить благополучию сообщества. Альтруистические стратегии все равно не смогут их вытеснить в ходе конкуренции.

В теории игр эта дилемма известна как трагедия общин. Ричард Докинз описал ее более подробно применительно к биологии в своей книге «Эгоистичный ген» (The Selfish Gene).

В дополнение к этому модель Вейсмана предполагает, что искалеченные животные должны совершать самоубийства. Почему эволюция должна пытаться предсказывать возраст, к которому животное будет иметь увечье, и подстраивать старение под этот срок? Пусть и небольшая, но ненулевая часть животных в этом возрасте все еще будет здорова. В то же время потеря конечности или другая тяжелая травма очевидны для животного и могут активировать суицидальное поведение. Если теория Вейсмана верна, то попытки самоубийства травмированных животных являются формально предсказанием этой теории. Однако такие рефлексы на сегодняшний день не описаны, по крайней мере у позвоночных.

После того как гипотеза Вейсмана была опровергнута, эволюционные биологи отказались от моделей запрограммированного адаптивного старения. Большинство последующих теорий рассматривали старение либо как вредный эффект, который не влияет на приспособленность в достаточной степени, чтобы эволюция его устранила, либо как негативное побочное следствие каких-то полезных признаков. Позже мы вернемся к обсуждению запрограммированного адаптивного старения, но сначала проследим исторический ход развития эволюционной мысли и познакомимся с теориями старения, которые в настоящее время рассматриваются