Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

обсуждали выше, диетические ограничения могут увеличивать продолжительность жизни. Если молодые черви Caenorhabditis elegans голодают, они превращаются в долгоживущих личинок. Но что будет, если подвергнуть голоданию уже взрослых червей? Они не могут обратить свое развитие вспять и снова стать личинками, однако могут значительно увеличить продолжительность своей жизни. Поразительно, что, если таким голодающим червям дать понюхать еду (но не давать ее есть), их продолжительность жизни увеличивается на гораздо меньшую величину. То есть запах пищи препятствует увеличению продолжительности жизни голодного червя!

Более того, этот эффект может быть устранен, если удалить хемосенсорные нейроны — специализированные нервные клетки, принимающие участие в обонянии. Голодные черви, лишенные этих нейронов, в присутствии запаха пищи будут жить дольше! [62]! То есть восприятие запаха может изменять продолжительность жизни у червей. Сходным образом восприятие вкуса тоже модулирует продолжительность жизни червя, увеличивая или уменьшая ее в зависимости от того, какой тип вкусовых нейронов был удален [63].

Если запах и вкус могут модулировать продолжительность жизни, могут ли визуальные сигналы делать то же самое? Удивительный результат был получен на плодовых мушках (дрозофилах). Мушки умирают быстрее, если они видят трупы других плодовых мушек. Более того, мухи не умирали быстрее, если видели трупы мух неродственных видов, не так уж похожих на них. Исследователи идентифицировали в мозге мухи нейроны, которые участвуют в интерпретации визуальных сигналов и регулировании продолжительности жизни в ответ на такое визуальное воздействие [64]. Таким образом, высокая продолжительность жизни в присутствии мертвых мушек, как представляется, наносит эволюционный ущерб. Более общий вывод таков: то, что видят животные, может влиять на скорость их старения.

Рис. 14. Запах пищи влияет на продолжительность жизни. Голодание увеличивает продолжительность жизни у червей C. elegans. Однако если черви могут чувствовать запах пищи, то эффект голодания значительно уменьшается. Таким образом, обоняние может участвовать в регуляции продолжительности жизни у червей (по [62]).

Эти примеры показывают:

• продолжительность жизни регулируется экологическими условиями;

• не только метаболические системы, но и центральная нервная система может принимать участие в этом регулировании.

Если организмы развили сенсорные механизмы для точной настройки темпа своего старения, значит, должна существовать оптимальная продолжительность жизни, которая зависит от экологических параметров, например количества еды и наличия трупов соплеменников.

Существование механизмов ускорения старения косвенно указывает на эволюционную выгоду смерти индивидуума. То есть за старением может стоять вовсе не энтропия, а другие факторы, скорее всего экологические.

Конечно, как добросовестные исследователи мы должны привести потенциальную критику этого аргумента: сенсорные сигналы могут влиять не только на само старение, но и на другие функции организма, например на размножение. В свою очередь, эти другие функции могут оказывать опосредованное влияние на скорость старения. Однако этот аргумент нарушает принцип Оккама: вместо предположения о более короткой продолжительности жизни как адаптации, обусловленной неизвестным взаимодействием, мы предполагаем, что старение не адаптивно, но является вторичным эффектом неизвестного процесса, связанного со старением через неизвестный же механизм. Хотя бритва Оккама сама по себе не считается достаточным основанием для того, чтобы отвергать биологические аргументы, ввод двух лишних неизвестных кажется в этом случае избыточным.

Глава 18

Самки живут дольше (если только они не птицы)

Выше мы обсуждали, что долгоживущие животные, например крупные позвоночные, имеют небольшую пластичность продолжительности жизни. Причина этого, вероятно, в том, что краткосрочные колебания окружающей среды не влияют на них слишком сильно. Тем не менее некоторые плохо объясненные примеры пластичности можно найти и у высших животных. Так у эусоциальных видов семейства землекоповых (Bathyergidae) матки стареют медленнее рабочих особей, как и у общественных насекомых. Однако более универсальным примером пластичности, продемонстрированным у всех видов — от червей до человека, — является гендерное неравенство продолжительности жизни.

Различия в продолжительности жизни между самцами и самками не являются чистым примером пластичности, поскольку у большинства видов генетический материал несколько отличается между полами. Соответственно, необходимо сказать несколько слов о хромосомном различии самцов и самок — это поможет нам в понимании дальнейших рассуждений.

Животные, как правило, диплоидны. Это означает, что каждый фрагмент ДНК (хромосома) присутствует в двух копиях, одна из которых наследуется от матери, а другая — от отца.

Например, у человека двадцать три пары хромосом, то есть в сумме сорок шесть. Две хромосомы из этих сорока шести участвуют в определении пола и называются половыми хромосомами, или гоносомами. Остальные сорок четыре называются аутосомами.

Самки большинства млекопитающих имеют две похожие (гомологичные) половые X-хромосомы, а самцы имеют одну Х-хромосому и одну Y-хромосому, которая в основном содержит участки неактивных повторов ДНК, а также несколько генов, отсутствующих у самок. Соответственно:

• каждая яйцеклетка содержит 22 аутосомы и одну Х-хромосому;

• каждый сперматозоид содержит 22 аутосомы и одну либо Х-, либо Y-хромосому.

После оплодотворения генетический материал яйцеклетки и сперматозоида объединяется. ХХ-особи развиваются в самок, а ХY — в самцов.

Однако у птиц и некоторых рептилий ситуация иная: половые хромосомы обозначаются W и Z, причем генотип самок — ZW, а самцов — ZZ. У этих животных яйцеклетки несут хромосому, которая определяет пол эмбриона, в то время как сперматозоиды всегда содержат только Z-хромосому.

Теперь вернемся к продолжительности жизни. Как уже говорилось, у разных полов она разная. Например, у большинства млекопитающих самцы живут меньше самок, а у птиц, напротив, самцы, как правило, живут дольше. Разница между полами встречается и у беспозвоночных. Так, у плодовых мушек самцы имеют генотип ХY и меньшую продолжительность жизни.

Некоторые ученые связывают хромосомные различия между полами и разницу в продолжительности жизни. Они полагают, что непарные половые Y-хромосомы у млекопитающих и насекомых и W-хромосомы у птиц и рептилий (то есть фактически те, которые определяют пол) несут генетические последовательности, вредные для здоровья организма и потенциально способные сокращать его жизнь. Откуда берется такая гипотеза?

Две гомологичные гоносомы, например XX у людей или ZZ у птиц, могут обмениваться генетическим материалом в момент образования сперматозоидов или яйцеклеток. Этот процесс называется кроссинговер, и благодаря ему в числе прочего устраняются вредные мутации. Однако ни Y-, ни W-хромосомы никогда не встречаются по две, а всегда сопровождаются негомологичными им Х или Z и, соответственно, никогда не проходят через кроссинговер.

Рис. 15. Половые хромосомы.

Пол животных определяется набором половых хромосом. У млекопитающих самки имеют две X-хромосомы, а самцы X и Y. Определение пола у птиц отличается: самцы имеют две Z-хромосомы, а самки одну Z и одну W. Гомологичные хромосомы, например X или Z, когда присутствуют в парах (XX или ZZ),