Геронтология и эволюционная биология

Приход человека в мир – уход (рождение и смерть); пленение духа в теле – его освобождение; сотворение мира – конец света: «конец придет – ведь было же начало. Мир родился – мир должен умереть» (Беранже). От этих пар – рифм один шаг до следующей: развитие – старение.

В классической поэзии известно отклонение, а то и вовсе отказ от парных созвучий в окончаниях строк, – это белые стихи. Пара «рождение – смерть» (или «жизнь – смерть») зарифмована жестко; тут отклонение от рифмования, иначе говоря, – бессмертие, противоречит не только биологической закономерности, но, если хотите, и здравому смыслу: весь опыт наблюдения за природой убеждает нас в том, что физического бессмертия – на индивидуальном уровне – не существует. Сознательно не касаемся мифов, легенд, религиозных представлений, утверждающих обратное, равно как и оставляем в стороне проблему бессмертия духовного, – короче говоря, всего того иррационального, что не составляет предмета анализа строгой науки, конкретно – естествознания (В.Л.Ушаков).

Итак, смерть индивида – факт незыблемый и исключений не являющий. Он имманентен живой природе и, если угодно, биологичен, поскольку смерть (естественная, конечно) – закономерное следствие физиологической инволюции организма: снижения отдельных его функций, отказа ряда систем – всего того, что в обиходе зовется старением. И это ясно: по принципу рифмы, если есть развитие – от момента оплодотворения яйцеклетки до половозрелости, то старение – от периода выполнения репродуктивного, то есть видового, предназначения до смерти – быть также обязано. Ну, и дальше: если есть программа индивидуального развития особи, ее онтогенеза (а такая жесткая генетическая программа существует), то, по принципу рифмы опять же, должна быть и генетическая программа старения. Вот тут‑то и возникает вопрос: должна ли?

В геронтологии сразу было принято за очевидный факт, за аксиому, что специальная программа старения организма действительно существует (хотя запрограммированность старения и смерти никем никогда не была доказана.) Вероятно, это связано с тем, что явления, кажущиеся естественными, на начальном этапе развития новой науки не обсуждаются: эту привелегию может себе позволить нечто уже устоявшееся, авторитетное – вроде физики или философии. Минуло около ста лет с момента возникновения геронтологии, и вот в 60‑х годах нашего столетия вопрос о том, действительно ли старение запрограммировано, был наконец поставлен. И если оно запрограммировано, то что это за программа: саморазрушения организма? его самоликвидации? Ответ – в качестве общего мнения – был категоричен: программа старения существует, это программа самоликвидации особи (в массе – поколения), она совершенно необходима для отмирания поколения, чтобы освободить место поколению следующему, а сама по себе сменяемость поколений – необходимое условие для лучшей приспособляемости вида в целом, так же, как и внутривидовое разнообразие признаков, полиморфизм, – одно из жестких условий выживания вида.

Что ж, последнее положение этого вердикта (сменяемость поколений – фактор стабильности вида во времени) можно, пожалуй, принять. Однако позволим себе усомниться вот в чем: так ли уж очевидно, что для оптимальной сменяемости поколений необходима программа самоликвидации отдельно взятой особи?

Безусловно, на данный вопрос природа отвечает положительно… в некоторых случаях. И это те случаи, когда результат программы самоликвидации доступен для наблюдения и проявляется с неизбежностью чуть ли не апокалиптической. Тут действительно ситуация, когда для двух следующих друг за другом поколений не хватает либо пищевых ресурсов, либо мест обитания (возможно и сочетание этих «нехваток»). Так, к примеру, лососи после нереста гибнут массами – и не просто массами, а все, поскольку физиологические перестройки, связанные с размножением, напрочь разрушают их организм. Менее известный, но тоже характерный пример: мексиканская агава, прожив девять лет, на десятый цветет, дает плод и тут же засыхает. Поденка готовится к акту размножения и, выполнив это единственное в жизни предназначение, не доживает до следующего дня.

Проанализируем. В первых двух случаях связь размножения с программой самоликвидации хотя и не совсем ясна в деталях, но понятна в чертах более общих. Так, если у некоторых видов рыб удалить половые железы, а у растения – цветочный побег, никакой активной самоликвидации не будет: организм просто тихо угаснет, прожив в несколько раз дольше обычного. А вот последний случай – несколько иного рода и, надо сознаться, включен не без умысла: с поденкой аналогичный трюк повторить нельзя. Что ни делай со взрослой особью, она все равно погибнет от голода, ибо у нее не предусмотрено одной необходимой детали – ротового отверстия. Так природа повелела, решив, что все равно не понадобится. Отсюда законный вопрос: нужна ли в данном случае специальная программа самоликвидации? Вряд ли. Родилась, совершила кладку яиц, а далее – твои проблемы: можешь – живи, а не можешь – умирай; на стабильности вида это никак не скажется. Вот если бы требовался уход за потомством – другое дело. Короче говоря, природа, в чем‑то довольно щедрая, на поденке явно решила сэкономить.

И что следует из предложенных примеров? А то, что налицо два разных подхода к проблеме выживания: так сказать, с позиции особи и с позиции вида. Конечно, с человеческой точки зрения (этической, а не биологической), не дать животному возможности питаться, лишив его рта, – более чем жестоко. Но если в качестве целого рассматривать не особь, а вид (что не слишком этично, зато биологично), то все становится на свои места: от особи требуется воспроизвести потомство, жизнеспособное и плодовитое, – и больше ничего; дальше – только не мешать. Значит, с позиции вида, старение (и как следствие – смерть) – только для того, чтобы не мешать? Да и вообще, где здесь, в наших примерах, старение? Ведь смерть приходит в молодом, а что до упомянутой выше агавы, в самом цветущем возрасте! А как же принцип рифмы: развитие – старение? Последнего, по сути, нет.

Действительно – нет. В диких популяциях животных подавляющее число особей завершает жизнь, как говорят ученые, вне зависимости от возраста, то есть из‑за воздействия факторов внешней среды, а отнюдь не от биологических причин. Это – голод, болезни, стихийные бедствия, гибель от врагов‑хищников, наконец. В такой ситуации до старости не дотянешь. И большинство не дотягивает. А вот стоит поместить этих животных в лабораторные или домашние условия – старение налицо. Самый наглядный пример – наши лесные птицы: щеглы, чижики, синицы и так далее. В клетке они живут, как правило, в 3–4 раза дольше, чем на воле (парадокс, с человеческой точки зрения!), и умирают чаще всего именно от старости. Аналогичным образом старение проявляется в искусственных условиях и у самых примитивных созданий – круглых червей, насекомых. О какой же специальной программе самоликвидации тогда речь? Существует ли она? А вот от факта старения не уйти.

И все‑таки: если старение заложено в схему функционирования живых существ (для многих видов, как мы убедились, – в принципе, потенциально), то на какой основе этот процесс осуществляется? Какая‑то программа – пусть не самоликвидации – быть должна, не может не быть! Если есть программа для развития организма, то есть она и для старения; наш принцип работает безотказно. И сегодня можно утверждать, что это – генетическая программа, но программа общая, единая, позволяющая природе после решения задачи развития (прямой задачи) решать задачу обратную: постепенного разрушения организма исключительно по причине изначального несовершенства основной конструкции – генома и его производного, клетки.

И что же это за несовершенство? Это – несовершенство, или, точнее, отсутствие абсолютной надежности генетически заданной защиты организма от действия самых различных повреждающих факторов – как внешнесредовых, так и внутренних. В какие бы тепличные условия организм ни поместить, повреждения возникают с роковой неизбежностью хотя бы потому, что процесс обмена веществ сам по себе содержит элементы агрессии против собственного организма. Это – побочные продукты метаболизма: к примеру, накапливающиеся в клетках шлаки; кислородсодержащие свободные радикалы – молекулы или их фрагменты, несущие неспаренные электроны и потому химически агрессивные (гипотеза старения американского ученого Д.Хармана). Кроме того, повреждающими факторами могут быть: аномальные белки, возникающие в клетке из‑за ошибок считывания с основных матриц – ДНК или РНК; дефектные структуры клеточных мембран; разрывы в ДНК, которые накапливаются с возрастом, а это – повреждение генетической программы функционирования клетки; потеря участков ДНК из‑за ее «недорепликации», то есть неполноценного удвоения (связь данного явления со старением – основа гипотезы А.М.Оловникова).

Короче говоря, возможностей для саморазрушения у организма чрезвычайно много. Дело, однако, не столько в том, что и как сильно разрушает, сколько в том, сильна ли защита организма, а изначально – клетки. Впрочем, порою даже и не клетки в целом, а ее тонких структур – той же ДНК. Мы знаем, что физические и химические воздействия среды – солнечное излучение, высокие температуры, некоторые соединения в воздухе и пище – повреждают участки ДНК, и тут все зависит от эффективности генетических систем ее репарации – восстановления, заживления возникших ранок. Так вот: сколь мощна защита, а, в конечном счете – надежность организма? Мощна, однако, несмотря даже на многократную резервированность страховочных систем, мощна не на сто процентов. Да, дефекты устраняются, но не все. С течением времени их становится все больше – постепенно падает уровень надежности, «правильности» функционирования клеток, далее – тканей, далее – органов и, как следствие, – организма в целом. Так организм переходит в состояние неспецифической уязвимости, образно названное нашими соотечественниками Л.А. и Н.С.Гавриловыми состоянием «нежилец». Это и есть старение.

Зачем было природе создавать две отдельные программы для развития и старения, когда вполне можно обойтись одной? Одной – введя в нее, чтобы запустить процесс старения, лишь такую особенность, как недостаточная надежность. Очень экономный и целесообразный подход. Кстати, такой принцип – принцип изначальной общности программы – вообще довольно популярен в природе, он оказался эволюционно выигрышным. Вот два наглядных примера. Первый – принцип дифференцировки клеток. Известно, после оплодотворения генетическая программа в клетке – общая, единая, а смещение развития в сторону дальнейшего образования, скажем, нервной клетки, или мышечной, или эпителиальной обусловлено блокированием соответствующих частей этой общей, единой программы, записанной в геноме. Другой пример – детерминация пола. У ряда двуполых, в том числе у человека, пол изначально женский. Если в геноме окажется специальный блокирующий регулятор (гены Y‑хромосомы), развитие плода смещается в мужскую сторону; если же такого блока нет, развитие пойдет по изначальному плану – женскому. Тот же принцип положен и в основу развития‑старения: изначально программа одна. Короче, для создания разнообразия – разных типов функционирования, разных типов клеток или разных полов – порой гораздо проще модифицировать общее, чем всякий раз заново лепить отдельные формы.

Итак: специальной программы старения нет – есть программа развития и функционирования, которая, в силу своей не абсолютной надежности, предопределяет возможность постепенного накопления с возрастом различных дефектов, что и приводит к изнашиванию, одряхлению организма. Чтобы наступила старость, этого, несомненно, вполне достаточно.