Почему мы умираем – и можно ли это предотвратить

Среди всех странных обитателей водоемов, обитающих в наших океанах и реках, вполне возможно не обратить внимание на гидру. Эту пресноводную родственницу медуз, анемон и кораллов назвали в честь древнегреческого мифологического змея, который мог отращивать головы.

Это вообще неприметное существо напоминает семена одуванчика – с длинным телом и пучком щупалец на одном конце. Но она имеет примечательное свойство – способность к регенерации. Если разрезать гидру на многие части, каждая часть вырастет снова в новую особь.

Такие регенерационные свойства заинтересовали биологов, искавших доказательств бессмертия в природе. Почему этот вид, похоже, не умирает естественной смертью? И есть ли смерть неизбежной?

В середине 20 века старение описали как компромисс между репродукцией и сохранением клеток. Сначала организмы используют свои ресурсы, чтобы расти и поддерживать наше здоровье – то есть, сохранять наши клетки.

В детстве и подростковом возрасте главное – выжить и стать как можно сильнее и здоровее. После половой зрелости приоритет смещается к размножению. Поскольку ресурсы большинства организмов ограничены, воспроизводство потомства может происходить за счет утраты здоровья.

Возьмем пример лосося, плывущего против течения на нерест и сразу после этого погибающего. Все свои ресурсы он тратит на то, чтобы иметь наилучшие шансы добраться до места нереста, и оказавшись там максимально использовать эту возможность. Вероятность того, что лосось поплывет обратно по течению, выживет еще один год в море, совершит такое же путешествие и снова будет успешно нереститься, настолько мала, что естественный отбор никогда не будет способствовать выживанию таких особей.

К тому же они уже однажды успешно передали свои гены.

Но сейчас мы гораздо конкретнее понимаем, почему именно существа умирают. Когда организмы достигают половой зрелости, сила естественного отбора ослабевает и начинается старение, что в конечном итоге приводит к смерти. Но не для того, чтобы освободить место следующему поколению, которое может быть привлекательным с точки зрения альтруизма, говорит Алексей Маклаков, профессор эволюционной биологии и биогеронтологии в Университете Восточной Англии в Великобритании.

В течение жизни наши гены накапливают мутации. Некоторые из них случайны, в то время как другие – результат нашей диеты или внешних факторов, таких как ультрафиолетовый свет. Большинство не оказывают никакого влияния или наносят вред.

До половой зрелости "любая генная мутация, которая уменьшает вероятность воспроизводства организма или даже уничтожает организм до того, как он воспроизведется, будет испытывать жесткое противодействие", говорит Габриэлла Кунтуридес, эволюционная биология из отдела антропологии Оксфордского университета.

Когда организм достигает половой зрелости, он приобретает способность передавать свои гены следующему поколению. В этот момент сила естественного отбора ослабевает.

Возьмем нашего лосося. Он успешно достиг зрелости и обрел способность размножаться. Его потомство, вероятно, также будет иметь высокие шансы на нерест. Если бы уже после нереста у него произошла мутация, которая случайным образом увеличила бы его продолжительность жизни и позволила бы ему прожить еще один год (хотя это было бы крайне маловероятно), его потомки в следующем году не имели бы особых преимуществ над своими братьями и сестрами. У нашего лосося и без мутаций уже есть одно поколение потомства.

С точки зрения естественного отбора усилия, необходимые для сохранения здоровья после размножения, не приносят много пользы. Как следствие, любые гены, которые дают такую ​​возможность, не подвергаются давлению отбора, которое привело бы к их распространению.

“Индивидуум хотел бы остаться в живых. Но после размножения естественный отбор не слишком этому способствует, потому что он больше нечего передать следующему поколению», – говорит Кунтуридес.

Однако не все организмы устроены столь экстремально, как наш лосось. Некоторые живут немного дольше, чтобы иметь большее потомство.

Большинство мутаций нашей ДНК будут иметь негативные последствия или вообще их не будет. Наши тела способны восстанавливать отдельные повреждения ДНК, но наша способность делать это ухудшается с возрастом из-за более слабой силы естественного отбора.

Старение и смерть происходят двумя путями – накоплением отрицательных мутаций из-за слабого естественного отбора, а также накоплением мутаций, которые могли бы быть благоприятными для размножения, но становятся отрицательными для долголетия.

Одним из примеров последнего могут служить мутации гена BRCA. Известно, что они повышают риск рака молочной железы и яичников, но также связаны с более высокой фертильностью у женщин, носителей мутаций. Возможно, что мутации гена BRCA создают репродуктивное преимущество на раннем этапе жизни, но позже – больший риск для здоровья. Но поскольку естественный отбор ослабевает после половой зрелости, репродуктивные преимущества преобладают над недостатками.

"Все, что произойдет в начале жизни, перевесит то, что произойдет после репродуктивного возраста, потому что репродуктивный потенциал действительно имеет значение", - говорит Кейтлин Макгью, биология из Университета штата Орегон.

Старение клеток – когда клетки прекращают делиться – может являться еще одним примером преимущества в ранний период жизни, которое становится недостатком в поздней. Старение клеток защищает нас от рака, поскольку оно может предотвратить размножение клетки с поврежденной ДНК. Однако позже в жизни стареющие клетки могут накапливаться в тканях, вызывая повреждение и воспаление, и они являются предшественниками возрастных заболеваний.

Хотя большинство видов стареют, есть некоторые исключения. Многие растения демонстрируют незначительное старение, а некоторые виды живут тысячи лет. Одним из интереснейших примеров является дерево пандо в Национальном лесу Фишлейк в штате Юта. Это дерево на самом деле является колонией генетически идентичных дрожащих осин мужского пола, объединенных одной корневой системой. Оно занимает площадь более 400 000 кв. м и весит более 6000 тонн. По некоторым оценкам, ему может быть больше 10 000 лет.

Родственница гидры, бессмертная медуза, имеет еще один гениальный способ обеспечить долголетие – она способна возвращаться со стадии взрослого организма к ранней стадии полипа, если она получает травму, болеет или страдает.

"Хотя в определенный момент стоит спросить себя - это то же лицо или что-то другое?" – говорит Макгью.

Существует также предположение, что некоторые виды становятся более успешными с возрастом – это называется "негативным старением" – но доказательств этого не хватает, говорит Маклаков.

"Если экология вида такова, что воспроизводство по каким-то причинам вообще низкое или он вообще не может размножаться на раннем этапе жизни, это изменяет то, как работает отбор", – говорит Маклаков.

Примеры можно найти среди спаривающихся в гаремах животных – например, моржи или олени. Один самец может контролировать целую группу самок. Размер этой группы, следовательно, и количество потомства, которое он может иметь, может увеличиваться с его возрастом и размером. Таким образом, его производительность продолжает расти.

Хотя некоторые виды могут сохранять свою репродуктивную способность с возрастом, они не являются подлинными примерами негативного старения, и исследования, которые это утверждают, вероятно, ошибочны, говорит Маклаков. В конце концов морж не сможет контролировать гарем бесконечно.

Но секс может играть интересную роль в нашем старении.

Согласно исследованию Меган Арнот и Рут Мейс из Университетского колледжа Лондона, у женщин, имеющих регулярную половую жизнь, менопауза наступает позже. Они предполагают, что это пример компромисса – что энергия, которая тратится на овуляцию, могла бы лучше использоваться остальным телом, если шансов на беременность нет.

Но в остальном животном мире большая фертильность, похоже, ускоряет старение. Например, летучие мыши, имеющие больше потомства, живут короче, чем те, которые имеют меньше потомства. Возможно, получив возможность размножаться, они вкладывают в это все, что у них есть.

"Существует такой компромисс во времени, когда хорошо размножающиеся на раннем этапе жизни организмы не так хорошо размножаются на поздних этапах", - говорит Макгью. (Опять же, наши гидры также исключение из этого правила. Кажется, что уровень их плодовитости не снижается в течение жизни.)

Кроме того, есть виды, продолжительность жизни которых сильно отличается между полами. Как правило, муравьи, пчелы и термиты имеют короля или королеву, которые могут быть очень плодотворными долгожителями по сравнению с их бесплодными рабочими.

Почему в их случае цена, которую они платят за размножение, не уменьшает их жизнь?

Ответ может заключаться в том, что король или королева защищены от многих угроз, с которыми сталкиваются рабочие, и между их образами жизни существует такое различие, что теории старения не работают для них одинаково.

Итак, если размножение оказывает такое сильное влияние на продолжительность нашей жизни, почему люди живут так долго после того, как перестают рожать детей?

"Гипотеза бабушки" предполагает, что для старших родственников важно остаться в живых, поскольку размножение - дело дорогое и рискованное.

Бабушка может обеспечить выживание определенных собственных генов, инвестируя усилия в воспитание внуков, и потому более долгая жизнь может принести преимущество с точки зрения естественного отбора.

"Семьи, у которых есть бабушки, имеют гораздо лучшую репродуктивную способность, возможно, потому, что мать может сосредоточиться на рождении большего количества детей, а бабушки помогают воспитывать детей, которые уже есть", - говорит Кунтуридес.

Но поскольку у внуков всего 25% общих генов со своей бабушкой, они так же связаны с ней, как она со своими племянницами и племянниками.

“Также дело может быть в том, что в прошлом недостаточно женщин доживало до того, чтобы иметь возможность воспроизводить потомство в возрасте 50 лет. Поэтому действие естественного отбора в отношении женской репродуктивной системы в возрасте 50 лет было очень, очень низким”, – говорит Маклаков, возвращаясь к основному принципу старения – что после размножения естественный отбор ослабевает.

Многое, что случается с нами в дальнейшей жизни, может быть неприятным, но в эволюции нет мощной силы, которая могла бы нас от этого защитить.