Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия

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.

Если взять млекопитающих, то у них, как правило, чем животное крупнее, тем дольше оно живет. С точки зрения эволюции в этом есть смысл. Мелкому животному, которое легко становится добычей хищника, большая продолжительность жизни ни к чему, ведь его, скорее всего, съедят гораздо раньше, чем оно успеет состариться. Но более глубинная причина зависимости долголетия от размера в том, что размер влияет на скорость обмена веществ, а это, так сказать, скорость переработки топлива – в виде пищи – в энергию, необходимую для функционирования организма. У некрупных млекопитающих поверхность тела относительно его общего размера больше, и они теряют тепло быстрее. Чтобы это компенсировать, они должны вырабатывать больше тепла, а это означает ускоренный метаболизм и поедание бо́льших объемов пищи относительно собственного веса по сравнению с более крупными животными. Это означает, что общее количество калорий, сжигаемых организмом за час, возрастает медленнее, чем масса животного. Животное в 10 раз больше другого сжигает за час лишь в 4 раза больше калорий. Так что мелкие животные потребляют больше калорий относительно своего веса, чем крупные. Соотношение между массой животного и скоростью потребления калорий называется законом Клайбера, в честь химика Макса Клайбера, доказавшего в 1930 г., что скорость метаболизма у животных пропорциональна массе организма в степени 3/4[39]. Точный показатель степени – вопрос дискуссионный, некоторые данные говорят о том, что для млекопитающих ближе к истине показатель 2/3.

Поскольку частота пульса также пропорциональна скорости метаболизма, то всем млекопитающим – самых разных размеров, от хомяков до китов, – как правило, отведено приблизительно одинаковое число сердечных сокращений за всю жизнь: около 1,5 млрд. У современных людей этот показатель почти в два раза больше, но надо учесть, что средняя продолжительность жизни у нас за последние 100 лет выросла вдвое. Млекопитающие, так сказать, сконструированы с расчетом на определенное число сердцебиений, как обычный автомобиль рассчитан на пробег около 200 000 км. Уэст отмечает, что 1,5 млрд – это также и приблизительное число оборотов, совершаемых автомобильным мотором за ожидаемый срок службы, и задает вопрос, возможно не без иронии, является ли это простым совпадением или свидетельством каких-то универсальных закономерностей в механизме старения?

Подобные соотношения наводят на мысль, что у продолжительности жизни есть естественные ограничения, поскольку размер животных и скорость их метаболизма могут варьировать лишь в определенных пределах. Например, эволюция не может создать сколь угодно огромное существо: его раздавит собственная масса. Кроме того, подобный организм испытывал бы немалые затруднения с обеспечением всех клеток необходимым количеством кислорода. Обмен веществ должен быть достаточно быстрым, чтобы животное могло передвигаться и находить пищу, при этом также существуют биологические ограничения в отношении скорости метаболизма, доступной очень мелкому существу. Однако в пределах допустимого диапазона эти правила работают довольно стабильно. Джеффри Уэст заявляет, что, зная размер млекопитающего, он может с помощью законов масштабирования рассказать об объекте практически все: от объема потребляемой пищи до частоты сердцебиения и продолжительности жизни.

Это весьма примечательно, и, хотя речь идет о средних значениях, вероятно, существует универсальное правило, ограничивающее время жизни. Но как объяснить чрезвычайный рост продолжительности жизни человека, наблюдаемый в последние сто лет? Как отмечает Уэст, все дело в том, что именно подразумевать под продолжительностью: в последнее столетие мы почти удвоили ожидаемую продолжительность жизни, но нам так и не удалось увеличить предельный срок, который остается на отметке примерно 120 лет. Он утверждает, что, согласно имеющимся данным, старение и умирание являются следствием износа организма в процессе жизни. Неумолимая сила энтропии – меры хаоса, подталкивающая в сторону распада и неупорядоченности, стоит на пути к осуществлению мечты о бессмертии. В отличие от машин, состоящих из механических деталей, которые легко заменить по мере износа, мы не можем просто замещать поврежденные органы и ткани и функционировать бесконечно.

ХОТЯ ЭТО УНИВЕРСАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ РАЗМЕРА, метаболизма и продолжительности жизни – удивительный феномен, биологи склонны больше интересоваться исключениями из этого правила. Им нравится изучать организмы, выходящие за рамки этой системы, в надежде найти у них какие-то подсказки о всеобщем механизме, лежащем в основе старения. Один из главных вопросов состоит в том, существует ли хотя бы в теории какой-то максимум продолжительности жизни? Мы знаем, что некоторые виды, например гидра или бессмертная медуза, по-видимому, не стареют вовсе и действительно могут бесконечно заменять у себя изношенные части. Биологи прекрасно осведомлены о существовании второго закона термодинамики, который гласит, что в любом естественном процессе степень неупорядоченности, или энтропия, возрастает со временем, – но большинство из них не согласны с тем, что он безоговорочно применим к процессам старения и умирания, поскольку биологические системы не являются закрытыми (для которых и сформулирован этот закон), а для своего существования нуждаются в постоянном поступлении энергии извне. Строго говоря, при достаточных затратах энергии можно действительно обратить энтропию вспять, если речь идет об уборке на чердаке или очистке жесткого диска, просто большинство из нас не видит в этом особого смысла.

Соответственно, биологи не считают[40] старение неизбежным. Скорее всего, все, о чем заботится эволюция, – это приспособленность, выражающаяся в возможности наиболее успешно передать гены. Но жить долго имеет смысл лишь в том случае, если тебя не съедят хищники и ты не погибнешь от болезни или несчастного случая еще до того, как придет пора умереть от старости. Поэтому птицы, которые могут спастись от хищников, улетев прочь, живут в целом дольше, чем нелетающие существа сопоставимого размера. Для тех счастливчиков, кому не приходится так уж бояться хищников, долгая жизнь означает больше времени на поиск пары и продолжение рода. Замедление метаболизма, чтобы не приходилось каждый день добывать большие объемы пищи, может быть просто способом успешно дожить до старости. В каждом случае продолжительность жизни всего лишь является отражением того, как эволюция оптимизирует приспособленность вида.

Стивен Остед, ведущий специалист в области исследований старения, занимается изучением экзотических видов с самой разной продолжительностью жизни. У него весьма необычная для биолога карьера: он начинал с того, что изучал английскую литературу в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в надежде написать великий американский роман. Учитывая, что о таком романе никто не слышал, шутит Остед, можно догадаться, насколько замысел удался. После окончания университета в свободное от написания романа время Стивен работал таксистом, корреспондентом в газете, а затем на несколько лет стал укротителем львов, тигров и других диких животных, которых использовали для киносъемок. Так у него зародился интерес[41] к биологии, и Остед вернулся в университет, чтобы изучать поведение животных. Именно с тех пор его занимает вопрос, почему животные стареют с разной скоростью.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Notes

1

Maite Mascort, "Close Call: How Howard Carter Almost Missed King Tut's Tomb," сайт National Geographic, посл. редакция 4 марта 2018 г., https://www.nationalgeographic.com/history/magazine/2018/03–04/findingkingtutstomb.

2

Nuria Castellano, "The Book of the Dead Was Egyptians' Inside Guide to the Underworld," сайт National Geographic, дата последнего изменения 08.02.2019; Tom Holland, "The Egyptian Book of the Dead at the British Museum," сайт The Guardian online, дата последнего изменения 06.11.2019, https://www.theguardian.com/culture/2010/nov/06/egyptian-book-of-dead-tom-holland.

3

Вот, например, интересная работа о слонах: S. S. Pokharel, N. Sharma, and R. Sukumar, "Viewing the Rare Through Public Lenses: Insights into Dead Calf Carrying and Other Thanatological Responses in Asian Elephants Using YouTube Videos," Royal Society Open Science 9, no. 5 (May 2022), https://doi.org/10.1098/rsos.211740, described in Elizabeth Preston, "Elephants in Mourning Spotted on YouTube by Scientists," сайт The New York Times, 17 мая 2022 г., https://www.nytimes.com/2022/05/17/science/elephants-mourning-grief.html.

4

James R. Anderson, "Responses to Death and Dying: Primates and Other Mammals," Primates 61 (2020): 1–7; Marc Bekoff, "What Do Animals Know and Feel About Death and Dying?," сайт Psychology Today, дата последнего изменения 24.02.2020, https://www.psychologytoday.com/gb/blog/animal-emotions/202002/what-do-animals-know-and-feel-about-death-and-dying.

5

Stephen Cave, Immortality: The Quest to Live Forever and How It Drives Civilization (New York: Crown, 2012).

6

Ibid.

7

Y. Dor-Ziderman, A. Lutz, and A. Goldstein, "Prediction-Based Neural Mechanisms for Shielding the Self from Existential Threat," NeuroImage 202 (November 15, 2019): art.116080, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.116080, cited in Ian Sample, "Doubting Death: How Our Brains Shield Us from Mortal Truth," сайт The Guardian, дата последнего изменения 19.09.2019, https://www.theguardian.com/science/2019/oct/19/doubting-death-how-our-brains-shield-us-from-mortal-truth.

8

Группа под руководством Дэвида Кракауэра и Джеффри Уэста в Институте Санта-Фе провела несколько семинаров, на которых пытались найти как определение смерти, применительно к разным сущностям, так и определение индивида.

9

Конференция по вопросам реанимации и смерти состоялась в Нью-Йоркской академии наук в 2019 г. См. "What Happens When We Die? Insights from Resuscitation Science" (symposium, New York Academy of Sciences, New York, November 18, 2019), https://www.nyas.org/events/2019/what-happens-when-we-die-insights-from-resuscitation-science/. Кроме того, существует движение за единое определение смерти мозга – оно позволит исключить юридические казусы вроде того, что я описал.

10

S. Biel and J. Durrant, "Controversies in Brain Death Declaration: Legal and Ethical Implications in the ICU," Current Treatment Options in Neurology 22, no. 4 (2020): 12, https://doi.org/10.1007/s11940–020–0618–6.

11

Эти недавние события обсуждаются на страницах двух популярных книг: Magdalena Zernicka-Goetz and Roger Highfield, The Dance of Life: The New Science of How a Single Cell Becomes a Human Being (New York: Basic Books, 2020) и Daniel M. Davis, The Secret Body: How the New Science of the Human Body Is Changing the Way We Live (London: Bodley Head, 2021).

12

Geoffrey West, Scale: The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economies, and Companies (New York: Penguin Press, 2020).

13

R. England, "Natural Selection Before the Origin: Public Reactions of Some Naturalists to the DarwinWallace Papers," Journal of the History of Biology 30 (June 1997): 267–90, https://doi.org/10.1023/a:1004287720654.

14

Matthew Cobb, The Egg and Sperm Race: The Seventeenth-Century Scientists Who Unlocked the Secret of Sex, Life and Growth (London: Simon & Schuster, 2007).

15

В настоящее время известно, что барьер Вейсмана не совершенен и клетки зародышевой линии также стареют и меняются под воздействием внешних факторов, только значительно медленнее. P. Monaghan and N. B. Metcalfe, "The Deteriorating Soma and the Indispensable Germline: Gamete Senescence and Offspring Fitness," Proceedings of the Royal Society B (Biological Sciences) 286, no. 1917 (December 18, 2019): art. 20192187, https://doi.org/10.1098/rspb.2019.2187.

16

T. Dobzhansky, "Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution," American Biology Teacher 35, no. 3 (March 1973): 125–29, https://doi.org/10.2307/4444260.

17

T. B. Kirkwood, "Understanding the Odd Science of Aging," Cell 120, no. 4 (February 25, 2005): 437–47, https://doi.org/10.1016/j.cell.2005.01.027; T. Kirkwood and S. Melov, "On the Programmed/Non-Programmed Nature of Ageing Within the Life History," Current Biology 21 (September 27, 2011): R701–R707, https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.07.020. Из этого правила, связанного с групповым отбором, есть некоторые исключения, но они относятся к весьма специфическим ситуациям и касаются обычно тех видов, у которых члены колонии генетически идентичны друг другу или почти идентичны, например у общественных насекомых. J. Maynard Smith, "Group Selection and Kin Selection," Nature 201 (March 14, 1964): 1145–47, https://doi.org/10.1038/2011145a0.

18

Виды, которые размножаются несколько раз в жизни, называются итеропарными, те же, что размножаются только однажды, – семепарными. См. T. P. Young, "Semelparity and Iteroparity," Nature Education Knowledge 3, no. 10 (2010): 2, https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/semelparity-and-iteroparity-13260334/.

19

Некоторые лососевые, например атлантический лосось (семга), могут совершать такое путешествие до трех раз за свою жизнь. – Прим. науч. ред.

20

N. W. Pirie, "John Burdon Sanderson Haldane, 1892–1964, " Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 12 (November 1966): 218–49, https://doi.org/10.1098/rsbm.1966.0010; C. P. Blacker, "JBS Haldane on Eugenics," Eugenics Review 44, no. 3 October (1952): 146–51, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2973346/.

21

С двумя противоположными взглядами на идеи Фишера можно познакомиться в работе: A. Rutherford, "Race, Eugenics, and the Canceling of Great Scientists," American Journal of Physical Anthropology 175, no. 2 (June 2021): 448–52, https://doi.org/10.1002/ajpa.24192; W. Bodmer et al., "The Outstanding Scientist, R. A. Fisher: His Views on Eugenics and Race," Heredity 126 (April 2021): 565–76, https://doi.org/10.1038/s41437–020–00394–6.

22

T. Flatt and L. Partridge, "Horizons in the Evolution of Aging," BMC Biology 16 (2018): art. 93, https://doi.org/10.1186/s12915–018–0562-z.

23

N. A. Mitchison, "Peter Brian Medawar, 28 February 1915–2 October 1987," Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 35 (March 1990): 281–301, https://doi.org/10.1098/rsbm.1990.0013.

24

Kirkwood, "Understanding the Odd Science of Aging," 437–47, https://doi.org/10.1016/j.cell.2005.01.027.

25

Flatt and Partridge, "Horizons," https://doi.org/10.1186/s12915–018–0562-z.

26

R. G. Westendorp and T. B. Kirkwood, "Human Longevity at the Cost of Reproductive Success," Nature 396 (December 24, 1998): 743–46, https://doi.org/10.1038/25519. См. также ответ на эту статью: D. E. Promislow, "Longevity and the Barren Aristocrat," Nature 396 (December 24, 1998): 719–20, https://doi.org/10.1038/25440.

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.