Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия (страница 5)

Страница 5

Человек не может быть уверен, что произвел потомство, успешно передав дальше свои гены, пока младший из его детей не станет самостоятельным, а у людей очень длинное детство, то есть время, когда они зависят от родителей. Менопауза могла возникнуть[27] как защита женщины от повышенного риска деторождения в пожилом возрасте, чтобы, живя дольше, она имела возможность заботиться о тех детях, которых уже родила. Это также может объяснить, почему мужчины – которым ничего подобного не грозит – могут сохранять репродуктивную способность в гораздо более старшем возрасте. Таким образом, менопауза могла появиться в процессе эволюции как адаптация, повышающая для потомства женщины вероятность достичь зрелого возраста – и передать ее гены дальше. В этом состоит так называемая гипотеза «хорошей матери». Действительно, немногие виды, у которых женские особи живут намного дольше фертильного возраста, – это как раз те, детеныши которых нуждаются в продолжительной материнской заботе. Впрочем, даже у этих видов репродуктивная функция скорее постепенно сходит на нет, чем резко прекращается, как при менопаузе. Например, слоны, хотя их фертильность[28] снижается с возрастом, не в пример людям способны давать потомство до глубокой старости. Подобным же образом обстоит дело у шимпанзе[29]: они тоже, как показали наблюдения, живут дольше своего детородного возраста, но у них менопауза наступает в самом конце жизни.

Предложенная антропологом Кристен Хоукс гипотеза «бабушки»[30], также объясняющая происхождение менопаузы, распространяет идею на следующее поколение. Согласно этой гипотезе, жить дольше имеет смысл, если женщина помогает заботиться о внуках, тем самым повышая их шансы на выживание и размножение. Некоторые ученые возражают, что отказ от возможности передать половину своих генов, продолжая рожать детей, ради повышения выживания внуков, у которых лишь четвертая часть ее генов, не самая выигрышная стратегия для женщины.

Другая идея, основанная на результатах изучения китов-косаток[31], одного из немногих видов, у самок которых, как и у людей, наступает менопауза и которые живут большими группами, состоит в том, что менопауза – это способ избежать конфликта между поколениями. У некоторых видов, у которых размножение происходит в группах, репродуктивная способность подавляется у молодых женских особей, роль которых – помогать старшим фертильным самкам. Но у нашего вида такого конфликта поколений практически не существует: женщины перестают рожать, когда следующее поколение только начинает. Молодой женщине нет смысла помогать свекрови завести еще больше детей, так как у нее со свекровью нет общих генов. А вот женщина, помогающая с потомством невестке, тем самым способствует передаче четверти своих генов, которую наследуют внуки. Так что для нее, скорее всего, лучше прекратить размножаться и вместо этого заботиться о следующем поколении.

Возможно, эволюция просто распорядилась так, что число яйцеклеток[32] у женщины соответствует среднему сроку ее жизни в дикой природе. Стивен Остед из Университета Алабамы в Бирмингеме отмечает, что менопауза, может быть, вовсе не является адаптацией, направленной на повышение выживаемости детей или внуков. Прошло всего лишь 40 000 лет с тех пор, как мы стали жить заметно дольше, чем неандертальцы и шимпанзе, так что женские яичники, возможно, просто не успели[33] адаптироваться к новому сроку жизни организма. При невозможности проверить гипотезу экспериментально, ученые, особенно биологи-эволюционисты, любят поспорить.

ВСЕ УПОМЯНУТЫЕ ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ основаны на идее одноразового организма, способного передать гены потомкам прежде, чем он сам состарится и умрет. Таким способом часы старения с каждым новым поколением как бы переводятся назад. Однако подобные теории применимы лишь к таким видам, у которых есть четкое различие между родителями и потомством. Несомненно, это различие имеется у всех, кто размножается половым путем. Половое размножение возникло в процессе эволюции, потому что оно представляет собой эффективный способ получать генетические вариации у потомства путем создания различных комбинаций генов, получаемых от каждого родителя, что позволяет организмам адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Можно сказать, что в каком-то смысле смерть – это наша плата за секс! Хотя эта фраза звучит эффектно, не все животные, у которых есть различия между половыми и соматическими клетками, размножаются половым путем. Более того, ученые обнаружили[34], что даже одноклеточные организмы, такие как дрожжи или бактерии, стареют и умирают, если только у них есть какая-то разница между материнской и дочерней клетками.

Законам эволюции подчиняются все живые существа, и все формы жизни состоят из одних и тех же веществ. Биологи, от Дарвина до современных ученых, не перестают удивляться тому, что эволюция, которая просто производит отбор по критерию приспособленности – или эффективности передачи генов внутри своего вида, привела к столь поразительному разнообразию живых существ. Это разнообразие включает и широкий диапазон продолжительности жизни: от видов, чья жизнь измеряется часами, до тех, кто живет больше столетия. Люди, в стремлении определить потенциальный предел собственного долголетия, могли получить немало удивительных уроков от самых разных представителей животного царства.

2
Живи быстро, умри молодым

Весной мы с женой любим гулять в Хардвикском лесу, в окрестностях Кембриджа, и любоваться буйством колокольчиков, заполоняющих все вокруг. Однажды возле дорожки мы наткнулись на камень, установленный в память Оливера Джона Хардимента, умершего в 2006 г. в возрасте 25 лет. Под именем на камне была выбита строка из стихотворения индийского поэта Рабиндраната Тагора:

Не нужно мотыльку считать года,
Мгновения считает он всегда, —
Вот почему у мотылька так много времени!

Некоторые бабочки живут не дольше недели, большинство – меньше месяца. Задумавшись о мгновенно пролетающей жизни мотылька, я вспомнил по контрасту о другой поразившей меня вещи. Я не раз бывал в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке, где хранится огромный спил ствола гигантской секвойи. Этому дереву, спиленному в 1891 г., было 1300 лет. В Британии есть несколько тисовых деревьев, возраст которых оценивается более чем в 3000 лет.

Разумеется, деревья кардинально отличаются от людей, поскольку обладают способностью к регенерации. В ботаническом саду Кембриджского университета растет яблоня, выращенная из черенка того самого дерева, под которым несколько сот лет назад в семейной усадьбе Вулсторп, расположенной в сотне миль к северу, сидел юный Исаак Ньютон. На самом деле, существует даже несколько «ньютоновских» яблонь, выращенных из черенков, срезанных с того самого дерева, породившего знаменитое яблоко, которое, согласно легенде, упало на землю, натолкнув Ньютона на мысль, сформулированную им позже в виде закона всемирного тяготения. Вопрос, отсчитывать ли возраст этих деревьев от корневой системы родительского дерева, несомненно, заслуживает внимания, но пока мы обратимся к продолжительности жизни животных, у которых все происходит иначе.

Даже в царстве животных есть виды, обладающие некоторыми свойствами деревьев. Если морской звезде отсечь луч, она может вырастить на его месте новый. Мелкое водное существо[35] под названием «гидра» способно на кое-что более впечатляющее: она, похоже, вовсе не стареет и способна восстанавливать ткани постоянно. Притом процесс этот довольно сложный[36]. В ходе одного исследования было установлено, что в регенерации головы гидры участвует большое число генов. И все это у существа, достигающего в длину чуть более сантиметра.

Гидра, конечно, способна удивить, но среди ее родственников есть другой обитатель вод, который умеет – по крайней мере, метафорически – обращать время вспять. Это медуза Turritopsis dohrnii, также известная как бессмертная медуза. Пережив травму или стресс, она возвращается к ранней стадии развития и проживает свою жизнь заново. Представьте, если бы раненая бабочка[37] могла снова превратиться в гусеницу и начать все сначала.

Поскольку гидра и медуза не проявляют никаких признаков старения, их нередко называют биологически бессмертными. Это не значит, что они не умирают, – они могут погибнуть и гибнут от самых разных причин. Их могут съесть хищники, а им самим, чтобы жить, нужно поглощать достаточно пищи. Могут они умереть и от биологических причин. Однако в отличие от почти всех остальных живых существ вероятность смерти у них не повышается с возрастом.

У геронтологов биологические виды типа гидры и бессмертной медузы вызывают живейший интерес, поскольку могут дать ключ к пониманию того, как бороться с процессом старения. Но с моей точки зрения, из-за способности к регенерации целых частей тела и даже всего организма они ближе к деревьям, чем к людям. И хотя мы можем узнать какие-то поразительные вещи, объясняющие отсутствие у них старения, совершенно неясно, насколько эти знания можно использовать при решении проблемы старения человека. В биологии есть универсальные законы, особенно если речь идет о фундаментальных механизмах. Но в иных случаях даже открытия, сделанные в результате экспериментов на мышах или крысах – а ведь это млекопитающие и биологически они гораздо ближе к нам, – сложно применить в отношении людей. И может так случиться, что нам придется слишком долго ждать, пока результаты экспериментов с гидрами или медузами принесут какую-то пользу.

НЕ ЛУЧШЕ ЛИ ОБРАТИТЬСЯ К СУЩЕСТВАМ, более родственным человеку, например млекопитающим или вообще позвоночным?! Хотя этот подтип животных не может похвастать поразительным разбросом продолжительности жизни, характерным для живых существ вообще (от мотыльков до секвой), разница и здесь бывает впечатляющей. Некоторые мелкие виды рыб живут лишь несколько месяцев, а гренландский кит известен тем, что живет 200 лет и более, и даже, как считается, были случаи, когда гренландские акулы доживали почти до 400 лет.

Почему даже в пределах одной группы животных, например млекопитающих, сроки жизни так варьируют? Можем ли мы на основании каких-то общих признаков выявить некую закономерность, действующую для всех этих видов? Ученые давно ищут такого рода взаимосвязи. Особенно любят открывать универсальные законы для объяснения разрозненных наблюдений физики. Джеффри Уэст из Института Санта-Фе как раз из тех физиков, которые сейчас исследуют сложные системы, в том числе их старение. Уэст придерживается широкого подхода, изучая, как растут, стареют и умирают не только живые организмы, но и компании и города. Одновременно он исследует[38], как разные особенности живых организмов связаны с их размерами и продолжительностью жизни, которые варьируют в широких пределах.

[27] G. C. Williams, "Pleiotropy, Natural Selection and the Evolution of Senescence," Evolution 11, no. 4 (December 1957): 398–411.
[28] M. Lahdenperä, K. U. Mar, and V. Lummaa, "Reproductive Cessation and PostReproductive Lifespan in Asian Elephants and Pre-Industrial Humans," Frontiers in Zoology 11 (2014): art. 54, https://doi.org/10.1186/s12983–014–0054–0.
[29] J. G. Herndon et al., "Menopause Occurs Late in Life in the Captive Chimpanzee (Pan Troglodytes)," AGE 34 (October 2012): 1145–56, https://doi.org/10.1007/s11357–011–9351–0.
[30] K. Hawkes, "Grandmothers and the Evolution of Human Longevity," American Journal of Human Biology 15, no. 3 (May/June 2003): 380–400, https://doi.org/10.1002/ajhb.10156; P. S. Kim, J. S. McQueen, and K. Hawkes, "Why Does Women's Fertility End in Mid-Life? Grandmothering and Age at Last Birth," Journal of Theoretical Biology 461 (January 14, 2019): 84–91, https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2018.10.035.
[31] D. P. Croft et al., "Reproductive Conflict and the Evolution of Menopause in Killer Whales," Current Biology 27, no. 2 (January 23, 2017): 298–304, https://doi.org/10.1016/j.cub.2016.12.015.
[32] Эту идею мне подсказала Труди Маккей, директор Центра генетики человека из Клемсонского университета (штат Южная Каролина).
[33] Steven Austad, Methuselah's Zoo: What Nature Can Teach Us about Living Longer, Healthier Lives (Cambridge, MA: MIT Press, 2022), 258–59.
[34] R. K. Mortimer and J. R. Johnston, "Life Span of Individual Yeast Cells," Nature 183, no. 4677 (June 20, 1959): 1751–52, https://doi.org/10.1038/1831751a0; E. J. Stewart et al., "Aging and Death in an Organism That Reproduces by Morphologically Symmetric Division." PLoS Biology 3, no. 2 (February 2005): e45, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030045.
[35] T. C. Bosch, "Why Polyps Regenerate and We Don't: Towards a Cellular and Molecular Framework for Hydra Regeneration," Developmental Biology 303, no. 2 (March 15, 2007): 421–33, https://doi.org/10.1016/j.ydbio.2006.12.012.
[36] R. Murad et al., "Coordinated Gene Expression and Chromatin Regulation During Hydra Head Regeneration," Genome Biology and Evolution 13, no. 12 (December 2021): evab221, https://doi.org/10.1093/gbe/evab221; см. также: популярное изложение этой работы и сведений о гидре: Corryn Wetzel, "How Tiny, 'Immortal' Hydras Regrow Their Lost Heads," сайт Смитсоновского института https://www.smithsonianmag.com/smart-news/were-closer-to-understanding-how-immortal-hydras-regrow-lost-heads-180979209/, дата последнего изменения 13.12.2021.
[37] Y. Matsumoto and M. P. Miglietta, "Cellular Reprogramming and Immortality: Expression Profiling Reveals Putative Genes Involved in Turritopsis dohrnii's Life Cycle Reversal," Genome Biology and Evolution 13, no. 7 (July 2021): evab136, https://doi.org/10.1093/gbe/evab136; M. Pascual-Torner et al., "Comparative Genomics of Mortal and Immortal Cnidarians Unveils Novel Keys Behind Rejuvenation," Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) of the United States of America 119, no. 36 (September 6, 2022): e2118763119, https://doi.org/10.1073/pnas.2118763119; см. также популярную статью Вероник Гринвуд: Veronique Greenwood, "This Jellyfish Can Live Forever. Its Genes May Tell Us How," New York Times online, September 6, 2022, https://www.nytimes.com/2022/09/06/science/immortal-jellyfish-gene-protein.html.
[38] West, Scale. Здесь можно найти многие выводы, касающиеся связей между продолжительностью жизни, размером и скоростью метаболизма.