Запрограммированное старение – доказательство

По счастью, человек вовсе не однолетнее растение. И наша смерть вовсе не обязательно наступает после успешного размножения. Кстати, а от чего умирает человек? От постепенного и согласованного ослабления функций нашего организма, что неизменно увеличивает вероятность смерти с возрастом. Это – формальное определение старения. Другими словами, главная причина смерти человека – старение.

Нашей рабочей гипотезой является предположение, что старение – это медленный феноптоз. Другими словами, что старение каким-то образом запрограммировано в нашем геноме. Как бы мрачно это ни звучало, если эта гипотеза верна, то в борьбе со старением есть очень серьезные основания для оптимизма! И вот почему.

Если наш уход из жизни так же запрограммирован, как и наше появление на свет, то это дает нам колоссальный шанс жить дольше и лучше. Дело в том, что при всех своих достижениях биология – это очень молодая наука. Мы все еще очень приблизительно знаем, как устроена живая природа и еще не умеем создавать какие-то новые биологические системы, которые могли бы нам понадобиться для продления своей жизни. Но если наша смерть происходит из-за действия программы, то ничего строить не нужно. Нужно наоборот – «вставить палки в колеса» этой программе, механизму старения. И тогда механизм будет работать хуже, а значит мы будем жить дольше. Это представляется достаточно реалистичной задачей.

Голый землекоп

Доказать запрограммированность старения можно попробовать «от противного». Приведя пример животного, которое старение себе «отключило».  Оказывается, есть такие виды животных, причем среди них есть и наши близкие родственники - млекопитающие, у которых старения практически нет. На самом деле, похоже, таких видов довольно много. Но только один изучается в лабораториях. Знакомьтесь: тотемный зверь нашего проекта по борьбе со старением, голый землекоп:

На самом деле это грызун, т.е. родственник мыши, примерно такого же размера и выглядит он вот так

Так вот, исходя из его размеров, скорости метаболизма, положения в классификации животных, он должен был бы жить примерно как мышь или крыса – 2, 3 ну максимум 5 лет. А он живет… неизвестно сколько. Эксперимент идет уже более 30 лет и до сих живы и прекрасно себя чувствуют те самые первые землекопы, приехавшие из Африки более 30 лет назад. И что самое главное, смертность землекопов не растет с возрастом. То есть что двухлетние, что десятилетние, что двадцатилетние зверьки празднуют свой следующий день рождения с одинаковой вероятностью. То есть они, просто по определению, не стареют.

Возникают два разумных вопроса:

1)    Почему это голому землекопу так повезло?

2)    Как, во имя Дарвина и Вейсмана, он это сделал?!

Чтобы ответить на них сначала придется изложить точку зрения, что старение – это еще один способ ускорения эволюции. Такой же как половое размножение и смерть (см. раздел «феноптоз»). Дело в том, что главной движущей силе эволюции – естественному отбору – обычно гораздо удобнее работать не на молодых и здоровых животных, а на слегка ослабленных особях. То есть стариках*. А именно их и изготавливает старение.

* В дикой природе понятие «старик» сильно отличается от нашего, человеческого. В первую очередь потому, что у животных нет менопаузы. То есть, какими бы «старыми» они ни были, они все равно могут размножаться. Старение же проявляется в ослаблении общей функциональности организма и, как следствие, повышает вероятность смерти).

Для наглядной иллюстрации этого соображения В.П. Скулачев как-то придумал специальную «теорему о двух зайцах». Вот она: представьте себе двух зайцев. Для простоты допустим, что главным фактором естественного отбора означенных зайцев является лиса – съест она их или нет. Теперь предположим, что один из зайцев несет в своих генах небольшую (единичную), но немножко полезную мутацию. Ну, например, он чуть-чуть умнее остальных своих сородичей. Но именно чуть-чуть – ведь крайне маловероятно, чтобы в результате одной мутации он стал сразу заячьим Эйнштейном. С точки зрения развития вида ушастых любителей морковки, было бы очень правильно дать какое-то преимущество именно умному зайцу, чтобы попытаться закрепить этот полезный признак в будущих поколениях. Но как это сделать, если признак очень маленький и для естественного отбора крайне незначителен? Другими словами, и обычный, и «умный» зайцы одинаково хорошо убегают от лисы: «заяц всегда убежит от лисы, потому что для него это вопрос жизни и смерти, а для нее – обеда» © Эзоп. Но давайте запустим у наших зайцев старение. Начнем потихоньку ухудшать работу всех систем. Они начинают медленнее бегать, хуже путать следы, вот уже и сердечко пошаливает, и болеют они чаще из-за ослабленной иммунной системы. С такими слегка состарившимися зайцами у лисы в некоторый момент уже появляются хорошие шансы их догнать и съесть **

** Кстати, хищники на самом деле, как правило питаются старыми и больными животными, а не молодыми и здоровыми. Из этого фото охоты львов на буйволов видно, что попытайся хищники атаковать стадо молодых животных соотношение сил было бы совсем не в пользу львов.

Но в отношении умного зайца такие шансы «быть съеденным» появятся позже, потому что поначалу его «умность» позволит ему убегать от лисы, даже несмотря на общее ослабление от старения. Например, он чуть лучше путает следы или раньше засекает хищника. В результате появляется период, причем довольно продолжительный, поскольку старение идет медленно, когда небольшое преимущество в скорости обработки информации будет спасать ему жизнь. Все это время будут съедать не его, а обычных зайцев. Как следствие умный успеет еще пару раз наплодить зайчат и, в результате, следующее поколение этого вида будет «обогащено» более умными зайцами. И произойдет это исключительно благодаря старению, которое позволило естественному отбору «вытащить из-под шумов» и закрепить мелкие признаки, незаметные на фоне молодых и здоровых особей.

Почему понадобилось это пространное отступление про зайцев? Почему важно понимать, что старение – это инструмент, ускоряющий эволюцию? Потому что это позволяет сформулировать важную гипотезу:

Вообще-то не всем видам надо так уж быстро эволюционировать. Существуют животные, которых можно назвать эволюционными чемпионами. Это твари, которые изобрели (разумеется, в результате эволюции) что-то такое, что позволило им потрясающе приспособиться к условиям окружающей среды и дальше их менять – только портить. Очень редко, но такие примеры найти можно. Гипотеза заключается в том, что подобные виды могут себе позволить … не стареть.

Упомянутый выше голый землекоп -  это и есть такой чемпион. Не смотрите на то, что он маленький, казалось бы тщедушный (совсем нет, как выяснилось), и страшноватый.

На самом деле, перед вами – великий изобретатель. Дело в том, что землекоп – это единственное эусоциальное млекопитающее. Они живут подобно социальным насекомым – муравьям, термитам и пчелам – колониями с четким разделением обязанностей и профессий. И только так могут существовать.

Во главе колонии стоит королева-мать. При ней есть ее муж – паша. По некоторым данным возможно до трех, тут ученые до сих пор не разобрались. Колония может насчитывать от пары десятков до нескольких сотен подданных королевы. Причем, большинство из них – ее дети. Размножаться может только королева. Остальные – это охранники, солдаты, рабочие, фуражиры, няньки и так далее. Живут они под землей в очень твердом грунте в восточной Африке. При такой матриархальной системе для эволюции имеют значение только королева и ее муж (мужья). Потому что только они приносят потомство, то есть передают свои гены в следующее поколение. Остальная колония – это обслуживающий персонал. Понятно, что при таком устройстве никаких особых проблем с приспособлением к окружающей среде у королевской четы нет. Их кормят, оберегают, строят им удобные покои в центре лабиринта. Что бы ни происходило там, на поверхности, ни к чему приспосабливаться особенно не нужно. А значит, можно позволить себе, например, эволюционировать в каком-то более расслабленном режиме. А для этого стоило бы отключить какие-то особенно «хлопотные» механизмы ускорения эволюции – например, старение.

И землекоп действительно отключил себе старение. Лучше всего это видно по графику зависимости смертности землекопов от возраста. Ее (зависимость) удалось посчитать по результатам эпического эксперимента, который в течение 25 лет вела американский зоолог Рашель Баффенстайн. Вот ссылка на ее статью 2005 года

В которой она на рисунке номер 5 приводит график:

Видите – это же горизонтальная линия! То есть вероятность смерти у землекопов в любом возрасте… одинаковая! У нас с вами, да и у любых других стареющих животных эта вероятность растет по экспоненте:

А у землекопов – нет!

Результаты Баффенстайн наделали много шуму в научном сообществе. Многие лаборатории бросились изучать этих зверьков и уже довольно много всего выяснили. Оказалось, это настоящие супермены супермаусы. Они практически не чувствуют боли, их мозг выдерживает аномально долгое кислородное голодание, у них с возрастом не истончаются кости и не страдают суставы, и вообще, большинство старческих болезней у них либо просто не обнаружены, либо крайне редки. Это же касается потрясающей устойчивости землекопов к онкологическим заболеваниям. Долгое время ученым просто не удавалось обнаружить у них ни одного случая раковой опухоли. Более того, были открыты и некоторые механизмы этой устойчивости к раку – например, клетки голого землекопа обладают особенно сильным т.н. «контактным торможением роста». То есть, когда клетки, подобно раковым, начинают безудержно делиться, они очень быстро соприкасаются со своими соседями. Так вот, факт такого соприкосновения для клеток землекопа приводит к очень строгому запрету на дальнейшее деление. Справедливости ради надо сказать, что единичные случаи раковых опухолей были обнаружены и у землекопов. Но если бы такой анализ проводился с лабораторными мышами, то рак был бы найден почти у 100% животных. То же касается и человека: около трети умерших людей имеют раковые образования. То есть землекоп в сотни раз устойчивей к раку по сравнению с нами!

А сейчас пришло время ответить на главный «вопрос про землекопов»: как он это сделал? Как он отключил свое старение?!

В 2017 году, в одном из самых престижных научных журналов в мире «Physiological reviews» мы опубликовали теоретическую работу, объясняющую феномен нестарения голого землекопа. В конце 2017, с разрешения редакции Physiological reviews вышла версия этой статьи по-русски.

Нашей научной группе посчастливилось установить плотное сотрудничество с зоологами из Института Лейбница в Берлине, изучающими голых землекопов. При исследовании физиологии митохондрий этих нестареющих зверей ученые из группы В.П. Скулачева заметили, что их митохондрии по некоторым параметрам очень напоминают митохондрии новорожденных мышат и крысят. Этот факт заставил ученых повнимательнее посмотреть на землекопов. Теперь это может сделать любой желающий.

Смотрите: вот на этой фотографии запечатлены голые землекопы

 

А вот на этой

– вовсе не землекопы. Это новорожденные крысята. Видите, насколько они похожи? Через несколько дней крысята повзрослеют, оденутся шерсткой и превратятся в нормальных крыс. А землекоп – нет. Он так на всю жизнь и останется как бы новорожденным.

Дальнейшее разбирательство показало, что у землекопов есть более 40 признаков такой «новорожденности» или «детскости» по сравнению с крысами. Вот некоторые из них:

• Отсутствие шерсти (подобного не бывает у других грызунов)

• Отсутствие ушных раковин

• Ограниченные возможности для поддержания постоянной температуры тела (как у новорожденных млекопитающих)

• Высокие когнитивные способности (любопытство)

• Низкая восприимчивость к боли

• Способность нейронов к регенерации и увеличение срока жизни нейронов

• Отсутствие снижения с возрастом уровня инсулин-подобного ростового фактора 2 (IGF2)

• Отсутствие снижения с возрастом уровней супероксиддисмутаз 1 и 2 и каталазы

• и так далее, еще несколько десятков внешних, физиологических и биохимических признаков

То есть получается, что землекоп остановил программу своего индивидуального развития на стадии новорожденного грызуна. Подобное явление было описано раньше для, например, земноводных, и оно называется неотения (самый яркий пример – аксолотль

Справедливости ради надо сказать, что В.П. Скулачев не первым обратил внимание на то, что землекоп – это неотеническое животное. До него это подметили Ричард Александер в 1991 году и некоторые другие ученые. Но они совершенно не связывали этот феномен с долгожительством (Александер про него просто не знал).

Академик Скулачев сформулировал очень простую идею: если землекоп остановился на стадии детеныша, то его программа индивидуального развития просто не доходит до того места, когда пора запускать старение. Дети же не стареют! Тем самым у нас получается самое главное доказательство:

старение – это часть программы развития и жизни организма. Такая же как рождение, рост, созревание. И если вся эта программа остановлена, то и старение – тоже!

Вот что произошло с землекопами. Если бы это случилось с обычным видом, то он бы очень скоро исчез, потому что в отсутствие старения его эволюция сильно замедлилась бы. А землекопа спасла его эусоциальность. Жизнь в «режиме муравейника» оказалась настолько более устойчивой, что он смог позволить себе отключение старения как эволюционного инструмента.

И, похоже, в эволюции самого интересного для нас вида биологических существ – Homo sapiens – началась точно такая же история, которая произошла с голым землекопом. Вы никогда не обращали внимание на то, что люди больше всего похожи на… детенышей обезьян?