Ричард Чин (Richard Y. Chin), ученый из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, пришел к выводу, что люди стареют и умирают из-за паразитов. Однако они не воздействуют на человека непосредственно, а влияют на эволюцию живых организмов. Старение — это результат адаптации в борьбе с болезнями. Препринт исследования опубликован в репозитории bioRxiv.
Почти все теории, старающиеся объяснить причины старения, делятся на два типа. Первые предполагают, что в живых существах действуют генетические или эпигенетические программы, выполнение которых приводит к износу организма и смерти. Теории второго типа считают старение следствием накапливающихся со временем мутаций, сбоев, а также ухудшения «ремонтных» систем в клетках. Большинство эволюционных биологов склоняется именно к этой точке зрения, причем есть специалисты, полагающие, что старение — это адаптация, которая дает видам определенные преимущества.
В 1880 году биолог Август Вейсман предложил гипотезу запрограммированной смерти (феноптоза). Согласно этой гипотезе, с возрастом организмы накапливают мутации, что ослабляет их приспособляемость. Вымирание таких особей позволяет оздоровить популяцию, освободив место молодняку. Эта теория впоследствии была раскритикована рядом ученых. Так, например, геронтолог Томас Кирквуд указывает, что мутанты с испорченной программой старения получили бы преимущество и распространились бы во всей популяции, чего не наблюдается.
Нематода Caenorhabditis elegans
Фото: Kbradnam / Wikimedia
Широко распространена другая гипотеза, утверждающая, что исправная работа генов организма поддерживается, пока он способен размножаться. После выхода из репродуктивного возраста в генах начинают накапливаться ошибки. Этот механизм старения не запрограммирован, хотя частично обусловлен эволюцией. Естественный отбор позволил исключать нежелательные мутации, возникающие у молодых животных, поскольку это влияло на их репродуктивные возможности. Однако эволюция не увидела никакой выгоды для видов в том, чтобы поддерживать ремонтные системы после того, как истек срок размножения организма.
Тут возникает другой вопрос: чем определяется ограниченность во времени репродуктивных возможностей? Кроме того, у некоторых видов, включая человека, самцы могут оставаться фертильными гораздо дольше (иногда до самой смерти), чем самки, но последние не стареют быстрее мужских особей.
Понимание процесса старения необходимо для исследований в области антивозрастной медицины. Если этот процесс запрограммирован, тогда, повлияв каким-либо образом на организм, можно увеличить продолжительность жизни или даже победить смерть.
Недавно были открыты гены, влияющие на скорость старения. Ген IGFR-1 (инсулиноподобного фактора роста 1) и его гомологи (родственные ДНК-последовательности у других организмов) контролируют темпы старения нематод Caenorhabditis elegans, летучих мышей, собак и даже людей. Показано, что мутации в рецепторе IGFR-1 — daf-2 — увеличивают продолжительность жизни червей на 100 процентов. Эти же мутации обнаружили и в ночницах Брандта — летучих мышах, живущих 20-40 лет, а также у мелких пород собак (15-20 лет), которые вдобавок реже болеют раком.
У людей тоже находили дефекты в генах рецепторов гормонов роста. Причина таких мутаций — наследственное заболевание, синдром Ларона, при котором развивается карликовость. При этом синдроме снижается риск рака и диабета, однако связь с продолжительностью жизни пока не выявлена.
По мнению Чина, в пользу гипотезы программируемого старения говорит и недавняя демонстрация того, что переливание крови от молодых животных старым может обратить вспять некоторые возрастные изменения. Похожий результат наблюдается при пересаживании микрофлоры от старых аквариумных рыбок отряда карпозубообразных молодым особям.
И все же почему организм должен медленно убивать себя? Чин полагает, что причиной могут быть паразиты и инфекционные агенты. Одна из ведущих гипотез возникновения полового размножения также объясняет все борьбой с паразитами.
Поденки во взрослой стадии живут до нескольких дней
Многие сложные биологические процессы, например рестрикция (разрез цепочки ДНК), адаптивная иммунная система, CRISPR-система представляют собой результат «гонки вооружений» с инфекциями, позволяющий обезвредить чужеродные агенты, в том числе патогенную ДНК. Согласно гипотезе «Черной королевы» (в англоязычной литературе — «Красной королевы»), организмы находятся в постоянной «гонке вооружений» со своими паразитами. Благодаря половому размножению гены в популяции животных перетасовываются, и потомству передаются те, что могут в будущем помочь в борьбе с паразитами. Организмы, размножающиеся бесполым способом, не способны распространить полезные мутации. Их потомство обладает тем же набором генов, а значит, паразиты, выработав адаптацию к защитным механизмам родителя, могут поразить и следующие поколения.
Некоторые специалисты полагают, что старение и последующая смерть уменьшают число особей в популяции, затрудняя передачу инфекционных болезней. Кроме того, поддерживается генетическое разнообразие, очень важное для борьбы с паразитами, которые способны адаптироваться к организмам с определенными генами.
Половое размножение и старение очень тесно связаны. Так, есть животные, которые погибают сразу, как только обзаведутся потомством. Например, лососи после нереста. По одной из гипотез, это результат того, что необходимая для жизни энергия тратится на производство яиц. Однако результаты исследований показали, что в организме рыбы происходят быстрые возрастные изменения, в том числе в центральной нервной системе возникают бляшки, характерные для болезни Альцгеймера, а также наблюдаются признаки атеросклероза. Удаление эндокринных органов препятствовало старению и смерти, хотя лососи продолжали размножаться. То же самое происходит с осьминогами и однолетними растениями.
Лосось
Фото: F. Hecker / blickwinkel / Globallookpress.com
Чин полагает, что гипотеза «Черной королевы» может объяснить и старение. В ходе эволюции есть периоды, когда организмы оказываются особенно невосприимчивыми к паразитам. Те получают преимущества между периодами, когда возникают новые штаммы. Быстрое старение помогает виду быстрее найти способ защиты от паразитов.
Чтобы подтвердить свою точку зрения, ученый разработал модель, демонстрирующую динамику популяций паразитов и их хозяев в течение 500 лет (один цикл). Каждая популяция (100 организмов) содержала три фенотипа. Каждый фенотип хозяина был устойчив к одному из трех фенотипов паразита, частично устойчив ко второму и восприимчив к первому в следующем цикле. Число циклов составляло 1000. Чин запускал модель, проверяя динамику популяций, когда старение хозяина занимало 2, 5, 10 и 20 лет.
Каждый организм мог случайно умереть, однако после достижения определенного возраста этот риск увеличивался из-за старения. Умерший организм заменялся другим, который обладал одним из трех фенотипов. Выбор фенотипа зависел от распределения всех трех фенотипов в популяции в предыдущем году. Распределение, в свою очередь, зависело от того, сколько организмов были поражены паразитами, и от заранее установленного коэффициента полового размножения.
Моделирование показало, что чем меньше была продолжительность жизни, тем быстрее организмы становились невосприимчивыми к паразитам. По мнению биолога, это говорит о том, что старение представляет собой адаптивный механизм против инфекций.