Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

первого размножения». То есть после того, как особь первый раз принесла потомство, эволюции становится безразлична целостность ее генома, а следовательно, и ее выживание. Согласно этой позиции, может существовать жизнеспособное фертильное животное, выживание которого безразлично для эволюции, поскольку это животное уже имеет потомство. Этот тезис является неверным.

Чтобы продемонстрировать его ошибочность, мы можем сравнить материнские и дочерние организмы, для простоты предполагая, что они генетически идентичны. Должна ли эволюция относиться к ним по-разному, если они одинаково фертильны? Если старение изначально отсутствует в модели, то оба животных эквивалентны, имеют одинаковую вероятность умереть, одинаковые шансы принести потомство и так далее. Следовательно, они равнозначно ценны для эволюции. Так почему же эволюция должна обращаться с ними по-разному?

Рис. 13. Симметрия и старение. Предположим, что первые животные не старели подобно гидрам или планариям. Представим, что такое нестареющее животное принесло потомство и один из потомков дожил до половой зрелости. Поскольку старения у этих животных нет, обе особи идентичны и одинаково ценны для эволюции. По какой причине родительская особь, а не дочерняя должна начать стареть?

Вышеупомянутая цитата — химерный аргумент, созданный путем объединения не связанных друг с другом фрагментов двух разных теорий. Тень отбора говорит, что выживание не дает никакого эволюционного преимущества после возраста, в котором большинство индивидуумов уже умерло от внешних причин. Антагонистическая плейотропия утверждает, что сила селекции начинает уменьшаться в возрасте первого размножения, но это относительное уменьшение, а вовсе не обнуление. То, что происходит после первого размножения, несколько менее важно, чем то, что происходило до него, но все равно важно. Ян Вийг, Бьорн Шумахер и другие члены группы авторов позаимствовали эволюционную нейтральность старения из теории тени отбора, но почему-то посчитали, что старение становится нейтральным после первого размножения, а не после возраста вероятной смерти от внешних причин.

Ученые-соавторы этой статьи — профессионалы высочайшего уровня, и нет сомнений в том, что они нечаянно пропустили эту ошибку. Тем не менее этот пример указывает на общее пренебрежение эволюционной теорией, широко распространенное в современной геронтологии. Эволюционные подходы считаются непродуктивными и упоминаются скорее как дань традиции, нежели как работающая часть концепции. Действительно, исследования, основанные на существующих эволюционных моделях, редко дают результаты, которые могут быть преобразованы в конкретные молекулярно-биологические гипотезы, помогающие в разработке терапий старения. Я убежден, что разрыв между двумя областями вызван ошибочностью общепринятой эволюционной парадигмы старения в ее текущей форме.

Краткое содержание части 2

В этой части мы рассмотрели основные эволюционные теории старения.

Модель Вейсмана предполагала, что старение помогает избавиться от пожилых, потенциально искалеченных особей и высвободить ресурсы, которые они неэффективно используют. Смерть старых особей перераспределяет ресурсы в пользу молодых, более эффективных животных и повышает продуктивность популяции. Эта модель выдерживает «беличий тест», если предположить, что крысы травмируются чаще, чем белки. Однако эта теория была отвергнута, поскольку она предусматривает, что животные будут жертвовать индивидуальной выгодой ради преимуществ популяции, что противоречит концепции трагедии общин (то есть превосходства индивидуальных мотивов над коллективными).

Модель тени отбора основана на идее, что сила отбора со временем снижается. Поскольку животные умирают из-за нападений хищников, холода и других внешних причин, признаки, влияющие на здоровье животных в конце жизни, менее важны, чем те, которые влияют на нее в начале. Поздние признаки влияют лишь на небольшую часть животных. Старение могло бы быть эволюционно нейтральным (не влиять на отбор), если бы все животные умирали от внешних причин до того, как начинали стареть.

Эта модель выдерживает «беличий тест», если предположить, что крысы умирают от внешних причин раньше, чем белки. Однако ключевая предпосылка тени отбора неверна, поскольку в популяциях диких животных вероятность смерти увеличивается с возрастом, что свидетельствует о том, что в природе животные доживают до начала старения. Тень отбора сама по себе недостаточна для объяснения старения, хотя ключевая предпосылка верна — черты, проявляющиеся в поздних периодах жизни, действительно менее важны, чем черты, проявляющиеся в раннем периоде жизни.

Теория антагонистической плейотропии опирается на тень отбора, дополняя ее гипотезой плейотропных генов, дающих репродуктивные преимущества в молодости, но вредных в старости. Эволюция не может разобщить вредные и полезные функции этих генов, и их совокупный вредный эффект приводит к старению. Если допустить существование плейотропных генов, то это объяснит старение, поскольку их преимущества в раннем возрасте помогают многим животным и уравновешивают недостатки, влияющие на очень немногочисленных особей, которым повезло дожить до старости.

Антагонистическая плейотропия выдерживает «беличий тест», если мы сделаем те же предположения, что и при обсуждении тени отбора: крысы умирают от внешних причин раньше белок, что усиливает отбор в пользу неких плейотропных генов. Однако убедительных свидетельств существования эволюционно стабильных плейотропных генов пока не найдено.

Гипотеза одноразовой сомы делает шаг вперед и вместо плейотропных генов, возникающих случайно, вводит фундаментальную взаимосвязь между ранней и поздней жизнеспособностью. В классической формулировке эта теория представлена в терминах энергетических инвестиций в репарацию и рождаемость. Она предполагает, что энергия и питательные вещества являются «валютой», которая может быть вложена либо в одно, либо в другое. Старение, согласно этой теории, является побочным эффектом экономии ресурсов, ведущим к недоинвестированию в репарацию и сверхинвестированию в размножение.

Одноразовая сома выдерживает «беличий тест», если предположить, что крысы вкладывают больше энергии в размножение по сравнению с белками. Однако выше мы обнаружили, что в стабильных популяциях одноразовая сома противоречит законам сохранения массы, поскольку требует, чтобы создание нового животного было дешевле, чем репарация старого. Этот и другие аргументы указывают на то, что продление жизни — энергетически более эффективная стратегия, чем размножение. Поэтому, если действительно существует взаимосвязь между старением и репродуктивным успехом, она должна обеспечиваться какой-то другой «валютой».

Антагонистическая плейотропия и одноразовая сома схожи тем, что считают старение результатом погашения «кредитов на обучение», которые помогли организмам в молодости. Обе модели можно обобщить принципом «купи сейчас, заплати потом». Главное различие между ними в том, что антагонистическая плейотропия постулирует множество стохастических транзакций, связанных с действием разных плейотропных генов, а одноразовая сома — существование единственной «валюты», которой является энергия.

При этом ни одна из классических эволюционных теорий старения не является убедительной, и в этом, скорее всего, состоит причина того, почему эволюционные аргументы во многом игнорируются геронтологическим сообществом.

Мы же стремимся разработать продуктивную теорию, которая могла бы связать эволюционную биологию старения, физиологию и молекулярную биологию. В качестве первого шага мы оглянемся назад и ответим на вопрос: может ли старение быть запрограммированной адаптацией?

Часть 3