Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

24 Для простоты рассмотрим случай бесполого размножения.

25 Некоторые исследователи утверждают, что регенерация в этом случае не является механически осуществимой. Действительно, организм взрослых млекопитающих обладает ограниченным регенеративным потенциалом. Однако регенерация у эмбрионов млекопитающих и у взрослых амфибий позволяет предположить, что регенерация должна быть механически возможна и у взрослых млекопитающих.

26 Конечно, тело мертвого животного может быть переработано бактериями и послужить удобрением для растений, которыми может питаться детеныш. Однако следует учитывать, что потери биомассы на каждом этапе пищевой цепочки составляют около 90 %, поэтому количество энергии, переданной таким образом непосредственно от матери к детенышу, будет ничтожно мало.

Глава 10

Реювенация: возможно ли биологическое путешествие во времени?

Для начала — что такое реювенация? В процессе реювенации, или омоложения, биологический возраст организма возвращается к более молодому состоянию. Вероятность смерти омолодившегося организма снижается до уровня, характерного для более молодого возраста. Кроме того, в дальнейшем эта вероятность должна расти так же, как и у более молодого организма, не подвергшегося омоложению.

Мы практически не сталкиваемся с омоложением ни в повседневной жизни, ни в экспериментальной работе, поэтому этот вопрос находится на периферии дискурса и большинство ученых рассматривают его как чисто теоретический. Часто говорят, что механическая возможность привести все молекулы в наших телах в их «правильное» молодое состояние в принципе возможно, но это должно быть очень трудно. Обычно эти дискуссии весьма абстрактны и двусмысленны.

Тем не менее возможность омоложения хотя бы в теории имеет огромное практическое значение. Это напрямую влияет на то, как следует проводить эксперименты: стоит ли пытаться омолодить старых мышей или ограничиться попытками предотвратить старение у животных среднего возраста? Мы начнем с экологических наблюдений, чтобы рассматривать возможность омоложения на конкретных примерах.

Самым простым и распространенным примером омоложения является сброс возраста во время раннего эмбриогенеза. Ооциты стареют в организме самки вместе со всеми остальными тканями. Например, их ДНК накапливает эпигенетические модификации. Однако, на ранних стадиях эмбриогенеза, когда новый организм состоит всего из нескольких клеток, все возрастные модификации, унаследованные от родителей, стираются. Дети пожилых родителей рождаются с тем же биологическим возрастом, что и дети молодых. Однако это работает только на очень ранних стадиях развития и не может быть сопоставимо с омоложением взрослого организма.

Выше мы уже рассказывали о бессмертной медузе, которая из взрослой свободно плавающей формы может превратиться в полип [8]. Подобные примеры так называемого обратного развития можно найти также у гребневиков [47] и термитов [48]. В этих случаях более ранняя, молодая личиночная форма животного может развиться из более продвинутой, старой формы. Обратное развитие однозначно доказывает, что омоложение возможно. Однако эти примеры связаны с метаморфозами и вряд ли могут быть перенесены на человека или других млекопитающих.

Рис. 11. Омоложение. Настоящее омоложение должно полностью обращать все параметры старого организма к его более «молодым» показателям. Омоложенный организм должен быть неотличим от молодого. Псевдоомоложение обращает лишь часть физиологических показателей и может не увеличивать продолжительность жизни.

Могут ли омолаживаться взрослые животные, не проходя через метаморфоз? Необычные эффекты, очень напоминающие омоложение, встречаются у эусоциальных насекомых.

Эусоциальность — это тип социальной структуры, в которой одна или несколько самок и несколько самцов репродуктивно активны, а остальные особи заботятся о потомстве, защищают и чистят гнездо, добывают пищу, но не размножаются.

Эусоциальное сообщество можно сравнить с метаорганизмом, в котором королевы и короли (собирательно называемые плодящимися) играют роль репродуктивных органов, а рабочие (не плодящиеся) — соматических тканей. Эусоциальность встречается у насекомых — термитов, муравьев и пчел. Среди млекопитающих эусоциальных видов совсем немного, и все они относятся к отряду грызунов, семействам землекоповых (Bathyergidae) и голых землекопов (Heterocephalidae).

Пластичность продолжительности жизни — ситуации, при которых генетически сходные организмы стареют с разной скоростью.

Эусоциальность часто коррелирует с увеличением пластичности продолжительности жизни. Например, королевы в большинстве видов эусоциальных насекомых живут намного дольше, чем рабочие (см. главу 16). Но может ли взрослый рабочий стать королевой и что тогда происходит с его старением? У некоторых видов муравьев [49], медоносных пчел (Apis mellifera) [50] и землекопов [51] в случае смерти репродуктивной королевы ее место может занять рабочая особь, которая приобретает способность к размножению 27. Такие особи приобретают большую продолжительность жизни наряду с другими атрибутами высокого социального статуса. Любопытно, что у муравьев псевдокоролевы могут терять способность к размножению и возвращаться в касту рабочих. В этом случае их продолжительность жизни вновь становится короткой [49].

Следует ли рассматривать эти примеры увеличения продолжительности жизни как омоложение или это просто замедление темпов старения? Поскольку старение не имеет четкого определения, можно интерпретировать эти наблюдения по-разному. Но давайте будем осторожны с выводами и предположим, что речь идет лишь о замедлении старения.

Примером пластичности продолжительности жизни, которая больше всего похожа на омоложение взрослых организмов, является удивительное превращение медоносных пчел.

Рассмотрим жизненный цикл пчелы. Как правило, вылупившаяся молодая пчела становится нянькой и ухаживает за яйцами, личинками и куколками. В течение этого периода она не покидает колонию. Через несколько недель она становится фуражиром и начинает вылетать из улья, чтобы собирать пыльцу и нектар. Эта смена рода деятельности сопровождается резким ухудшением физического состояния пчелы, проявляющимся в снижении стрессоустойчивости и уменьшении циркулирующих иммунных клеток. У фуражиров понижается уровень синтеза вителлогенина — многофункционального белка, служащего для хранения питательных веществ и гормонального регулирования долголетия. Фуражиры живут две-три недели, после чего умирают от старости.

Пчелы обладают необычной способностью регулировать старение. Так, возрастные изменения, происходящие с пчелой, в большей степени зависят от выполняемой ею работы, нежели от времени: если пчела-нянька по какой-то причине не становится фуражиром, то ее старение значительно замедляется. Если же колония подвергается неблагоприятному воздействию, пчелы способны совершить то, что кажется невозможным, — омолодиться. Так, если число нянек по какой-то причине сильно уменьшится, то некоторым из фуражиров придется вернуться в улей и взять на себя заботу о потомстве, иначе оно погибнет, а вся колония окажется на грани коллапса. Возвращение пчел к роли нянек сопровождается физиологическим омоложением, которое включает увеличение продолжительности жизни, повышение количества циркулирующих иммунных клеток, восстановление синтеза вителлогенина, а также возврат экспрессии генов к более молодому состоянию [50, 52] 28.

Рис. 12. Жизненный цикл пчелы — примеры пластичности старения и омоложения.

После того как пчела покидает куколку, она становится нянькой и приступает к работе внутри улья, ухаживая за личинками, куколками и королевой. Няньки никогда не покидают улей. Через несколько