Старение. Почему эволюция убивает? - Петр Владимирович Лидский

Таким образом, наша желаемая парадигма старения не должна противоречить имеющимся данным и должна быть фальсифицируема в лакатосовском смысле этого принципа, поскольку он больше подходит для сложных биологических моделей.

Рис. 1. Ретроградное движение планет.

При наблюдении с Земли Солнце и Луна равномерно движутся вдоль плоскости эклиптики, в то время как планеты периодически меняют направление движения и смещаются в обратном направлении. В рамках геоцентрической модели Солнечной системы эти движения объясняли при помощи орбитальных эпициклов — небольших орбит, центр которых движется по орбите вокруг Земли. В нижней части рисунка приведена траектория движения Венеры с гравюры XVI века.

Производительность

Хорошая парадигма обычно открывает новые возможности для будущих рутинных исследований. Например, микробная теория Пастера в конечном итоге создала основу для массовой разработки вакцин от многих инфекционных заболеваний. Благодаря ей выделение и изучение патогенов стало обычной процедурой, не требующей больших интеллектуальных усилий. Таким образом, появление правильной парадигмы приводит к ускоренному прогрессу в соответствующей области. Напротив, господство ошибочной парадигмы часто сопровождается застоем. Чтобы оправдать отсутствие прогресса, сторонники ошибочной парадигмы часто утверждают, что прогресс теоретически невозможен, несмотря на то что все уже открыто и на все вопросы уже есть ответы. Такая ситуация обычно знаменует кризис, который предшествует смене парадигмы.

Подобные проявления наблюдаются и в геронтологии. Многие выдающиеся ученые и организаторы науки, занимающиеся проблемами старения, выступают за переход от «продолжительности жизни» (lifespan) к «здоровому долголетию» (healthspan) [14]. Они считают, что вылечить старение практически невозможно. Вместо этого предлагается улучшать здоровье пожилых людей путем борьбы с многочисленными возрастными заболеваниями. Общеизвестно, что старение является основным фактором риска развития многих болезней, таких как рак, сердечно-сосудистые, легочные и почечные заболевания, артрит, деменция, нейродегенеративные состояния всех видов и т. д. Полное решение каждой из этих проблем добавит лишь несколько лет здоровой жизни, потому что другие болезни возьмут свое. Таким образом, чтобы существенно улучшить здоровье пожилых людей, нам необходимо добиться колоссального прогресса в десятке областей.

Почему нужно работать над решением этих многочисленных проблем, а не сосредоточиться на главном факторе риска — старении? Это похоже на то, как если бы кто-то предложил сосредоточиться на кашле, температуре, головной боли и потере обоняния для лечения COVID-19 вместо того, чтобы пытаться изобрести вакцины и противовирусные препараты. Причина в том, что эти ученые уверены: лекарство от старения находится далеко за пределами наших возможностей. В то же время на вопрос: «Что такое старение?» они почти никогда не дадут нам честного ответа: «Мы не знаем». Вместо этого мы скорее всего услышим стандартный набор клише, включающий клеточные и молекулярные повреждения, энтропические процессы и отсутствие эволюционной целесообразности выживания старых организмов. На мой взгляд, такое сочетание уверенности и низкой продуктивности указывает на кризис парадигмы.

Причина или предназначение

Выше, на примере полиомиелита, мы обнаружили, что парадигмы, основанные на наблюдениях, могут быть непродуктивны. Хорошие парадигмы часто включают представление о причинах явления или о его предназначении. Первое известное вычислительное устройство в истории человечества, Антикитерский механизм, датируемый примерно 100 годом до н. э., был найден на затонувшем античном корабле и представлял собой деревянную коробочку, заполненную окислившимися бронзовыми шестеренками.

Поворотным пунктом в реконструкции этого механизма стала гипотеза, что это устройство — календарь, который предсказывал положение планет, солнечные и лунные затмения, а также даты Олимпийских игр. Эта гипотеза позволила археологам понять входные данные и ожидаемые результаты расчетов, выполняемых Антикитерским механизмом. Сейчас механизм полностью реконструирован, включая детали, которые были безвозвратно утрачены.

Альтернативный подход к объяснению Антикитерского механизма, основанный на наблюдениях, заключался бы в том, чтобы смоделировать траектории всех атомов окислившейся бронзы, с помощью этой модели определить их первоначальное положение и понять предназначение устройства, основываясь на реконструкции его структуры. Следуя этому подходу, мы, скорее всего, узнали бы много нового об окислении металлов, включая воздействие морских течений и организмов на этот процесс, но вряд ли выяснили бы предназначение механизма. Таким образом, информация о причине или предназначении явления — это преимущество парадигмы, которое расширяет ее возможности.

Рис. 2. Антикитерский механизм. В верхней части рисунка изображены фрагменты механизма в том виде, в каком они были найдены. Нижняя часть рисунка — современная реконструкция.

Итак, на основе этого краткого сравнительного анализа мы пришли к выводу, что неправильная теория, скорее всего, будет эклектичной, потребует постоянного ввода дополнительных сущностей, не будет объяснять причин или предназначение старения и предлагать четкого плана действий. Напротив, желаемая парадигма должна в идеале быть экономной, фальсифицируемой, непротиворечивой относительно экспериментальных данных и продуктивной, то есть предлагать четкие идеи разработки терапии, а главное, объяснять первичные причины старения.

В дальнейшем мы будем уделять повышенное внимание именно этому последнему свойству парадигмы. И для начала обсудим, почему именно эволюционная биология является ключевым инструментом в наших поисках причин старения.

7 Разумеется, эти предложения понятны только аудитории, знакомой с такими терминами, как ДНК, РНК и белок. Было бы наивно ожидать, что вся дисциплина может уместиться в несколько слов. Однако способность передать суть в краткой формуле — признак зрелости парадигмы и области.

8 Справедливости ради следует отметить, что концепции, предшествовавшие теории флогистона, были еще менее связными и скорее напоминали оккультизм, чем научные модели. Поэтому теорию флогистона можно рассматривать как первую научную теорию в химии, ознаменовавшую уход от алхимического мышления, а потому плодотворную, хотя и неверную.

9 В отличие от Солнца и Луны, планеты иногда меняют направление своего движения по небу навстречу друг другу.

Глава 5

Почему теория эволюции — ключ к биологии старения?

Эволюция сформировала наши тела путем случайных генетических мутаций и последующего естественного отбора. Что такое естественный отбор? Если организм плохо приспособлен к своей экологической нише, если ему трудно найти пищу или конкурировать за внимание полового партнера, он умирает, не оставляя потомства, и его генетический материал теряется. Напротив, более приспособленные генетические варианты оставляют больше потомства, и их генетический материал используется в качестве отправной точки для последующих раундов мутаций и отбора. За миллионы лет эволюция создала организмы невероятных форм и расцветок, наделенные уникальными приспособлениями, которые позволяют им выживать и эффективно размножаться.

«Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции» — эта цитата великого американского эволюционного биолога Феодосия Добржанского одинаково применима ко всем наукам о жизни. В этом отношении биология является уникальной областью естественнонаучного