Планарии: мастера вечной молодости
Сегодня мы говорим о старении. Тема непростая и, честно говоря, для меня лично очень близкая: я много лет занимался ею как ученый. И начать я хочу не с человека, а с одного маленького организма, который в каком-то смысле сумел победить старение. Речь идет о планариях.
Эти крошечные черви удивительным образом умеют сохранять молодость. Все дело в том, что у них на протяжении всей жизни остается популяция стволовых клеток. Эти клетки называются плюрипотентными: они способны превращаться в любые клетки организма — в нервные, мышечные, кожные, какие угодно. У нас с вами такие клетки есть только на ранних стадиях эмбрионального развития. Потом они исчезают, и именно поэтому мы не можем восстанавливаться, как планарии.
Я однажды специально проверил их способности: аккуратно разрезал планарию пополам. Из каждой половинки выросло новое животное. Позже разрезал на шесть кусочков — пять из них тоже превратились в целых червей. Это потрясающе. У них голова с глазами, мозг, нервная система — и все это может восстановиться заново.
Секрет в том, что клетки все время обновляются. Старые отбрасываются, новые занимают их место. И в дополнение к этому в теле планарии сохраняется особая «разметка» — морфогены. Это белки, которые задают план строения тела у эмбрионов. У нас они работают только на ранних стадиях развития, а потом исчезают. У планарии они остаются на всю жизнь. Поэтому червь словно постоянно живет в состоянии эмбриона. А эмбрионы, как известно, не стареют.
И получается удивительная вещь: планария не просто способна к регенерации, но и омолаживается в процессе. Если ее не трогать, со временем она начнет проявлять признаки старения. Но стоит отрезать голову — и включается механизм, который делает организм снова молодым.
Конечно, мы не планарии. Но на примере этих животных видно: старение — это не универсальный закон природы. Оно бывает, а бывает и его отсутствие. И это уже первый важный вывод.
Что такое старение на самом деле?
Но что же все-таки считать старением? Если спросить физиолога, он расскажет про теломеры, про накопление белковых агрегатов, про окислительный стресс и повреждения митохондрий. Если спросить эволюциониста, вроде меня, ответ будет другой: старение — это результат того, что естественный отбор не сделал нас более долгоживущими.
Чтобы не запутаться, я предлагаю простое определение: старение — это рост вероятности умереть с возрастом. Вот и все. Если в тридцать лет вероятность умереть в течение следующего года составляет несколько сотых процента, а в семьдесят лет она уже несколько процентов, значит, мы стареем.
Важно различать отсутствие старения и бессмертие. Бессмертия в природе не существует: всегда остается риск погибнуть от несчастного случая или болезни. Но отсутствие старения встречается. У гидры, например, вероятность умереть не зависит от возраста. А у некоторых моллюсков смертность с возрастом даже снижается: чем старше особь, тем выше ее шансы прожить еще один год.
У человека же рост смертности очень четкий. Еще в XIX веке Бенджамин Гомперц показал, что вероятность умереть удваивается примерно каждые семь лет. Этот закон до сих пор используют страховые компании. Если строго следовать этой модели, предел человеческой жизни оказывается около ста двадцати лет. И здесь возникает любопытное совпадение: именно столько лет отмерено человеку в Библии.
Разумеется, в древности люди и близко не доживали до таких лет. Но совпадение оказалось точным. И мы видим его на графиках: как бы мы ни улучшали медицину, кривая смертности все равно поднимается и к столетнему возрасту почти упирается в потолок.
Почему мы стареем: эволюция против бессмертия
Теперь главный вопрос: почему эволюция допустила старение? Ведь оно явно снижает нашу приспособленность. Логично было бы предположить, что отбор должен избавляться от признака, который укорачивает жизнь.
Существует две группы идей. Первая — старение полезно. Так думал, например, академик Владимир Скулачев. Он ввел термин «феноптоз» и считал, что старение — это программа, своего рода замедленное самоубийство организма ради пользы популяции. Старые особи уходят, освобождая место молодым, ускоряется смена поколений, и в итоге ускоряется эволюция.
Вторая группа идей, которая сегодня доминирует, утверждает, что старение — побочный эффект. Питер Медавар предложил первую версию этого объяснения. Он рассуждал так: представим себе животное, которое не стареет, но все равно имеет ненулевую смертность от случайных причин. До глубокой старости доживают немногие. А значит, мутации, которые проявляются только в этом возрасте, почти не влияют на общий успех вида. Естественный отбор их просто не замечает. Эти мутации накапливаются, и в лаборатории, где животное живет дольше, мы видим старение. Медавар назвал это явление «тенью отбора».
Джордж Уильямс пошел дальше. Он обратил внимание, что многие мутации могут быть полезны в молодости и вредны в старости. Например, мутация, которая повышает плодовитость в ранние годы, но ускоряет износ организма позже. Естественный отбор такую мутацию закрепит, потому что молодость для размножения важнее. В результате организм получает выигрыш в начале жизни и цену в конце. Уильямс назвал это антагонистической плейотропией.
Эксперименты на дрозофилах прекрасно это подтверждают. Если отбирать линии на позднее размножение, мухи начинают жить дольше. Если отбирать на раннее — их жизнь сокращается. Более того, если просто повысить внешнюю смертность, например случайно уничтожая часть мух, то популяция быстро эволюционирует в сторону ускоренного старения. В природе то же самое происходит у видов с высокой смертностью: у них почти нет смысла вкладываться в долгую жизнь, важнее успеть размножиться как можно раньше.
Долгожители природы: секреты выживания и долголетия
Из этого следует важный вывод: темпы старения зависят от условий среды. Если у вида высокая внешняя смертность — его съедают хищники, он часто погибает от болезней или несчастных случаев, — то старение ускоряется. Если же вид хорошо защищен, он получает шанс жить дольше.
Прекрасный пример — птицы и летучие мыши. У них быстрый метаболизм, высокая температура тела, и, казалось бы, они должны стареть быстрее. Но они умеют летать, и это великолепная защита от хищников. В результате птицы и летучие мыши живут дольше, чем млекопитающие того же размера, и стареют медленнее.
Еще один фактор — социальность. Виды, которые живут группами, снижают внешние риски: они заботятся о потомстве, защищают друг друга, помогают выжить в трудных условиях. Статистика показывает, что именно у социальных животных чаще эволюционирует долгая жизнь.
Самый впечатляющий пример здесь — голый землекоп. Это маленький грызун, но живет он колониями с разделением ролей, как пчелы или муравьи. Есть царица, есть несколько самцов, остальные — рабочие. Такая организация защищает колонию от врагов. И результат: землекопы живут по тридцать, а иногда и сорок лет. Для грызунов это фантастический срок, в десять раз дольше, чем у мышей. И самое удивительное — у них почти не наблюдается роста смертности с возрастом. В этом смысле они уникальны среди млекопитающих.
Человек как долгожитель: неотения, социальность и культура
Человек тоже выделяется на фоне своих ближайших родственников. Шимпанзе, гориллы и орангутаны редко доживают до шестидесяти лет. Мы же способны прожить более ста. Рекорд — сто двадцать два года Жанны Кальман. Да, это исключение, но даже сто десять лет сегодня достижимы.
Что нас сближает с голыми землекопами? Три вещи. Во-первых, социальность. Мы крайне социальные существа, и именно благодаря заботе друг о друге снижаем внешнюю смертность. Во-вторых, долголетие: и мы, и землекопы выбиваемся из своих отрядов по продолжительности жизни.
В-третьих, неотения — сохранение детских черт у взрослых. У человека это заметно и во внешности (наш череп по пропорциям ближе к детскому), и в поведении: любознательность, способность к обучению, игривость, чувство юмора. Все это обычно характерно для молодых особей у других животных, но мы сохраняем такие качества на всю жизнь.
Есть основания полагать, что именно неотения связана с замедленным старением. Если развитие замедлено, то и процессы старения идут медленнее. Это еще один эволюционный путь к долголетию.
Итак, что мы видим в итоге? Старение не является универсальным и неизбежным законом природы. Оно возникает как побочный эффект эволюции и зависит от множества факторов — от внешней смертности, от защиты, от образа жизни и социальности. Где-то оно выражено резко, где-то почти отсутствует. Человек занимает особое место: мы живем дольше, чем наши ближайшие родственники, и это связано не только с биологией, но и с культурой, с социальной организацией, с тем, что мы сумели создать вокруг себя.
Понимание эволюционных причин старения не дает нам рецепта вечной молодости. Но оно показывает, где искать ключи. А значит, мы можем надеяться не на бессмертие, но хотя бы на продление активного и здорового периода жизни.
