Жизнь в безразличном равновесии

Если и правда все так просто и небольшими изменениями настроек молекулярной машины можно добиться полного выключения старения, то почему же тогда нас окружают стареющие организмы?

Ответ может показаться неожиданным, а первый раз его версию я услышал от профессора Роберта Шмуклера Риса во время одного из моих регулярных визитов в столицу Арканзаса — город Литл-Рок. Роберт был одним из первых, кто обратил внимание на экстремальную стрессовую устойчивость и продолжительность жизни мутанта, генетически модифицированного червя-нематоды, способного прожить в 10 (!) раз дольше, чем его «нормальный» здоровый собрат.

Профессор заставил меня подумать о том, что произойдет, если мы выпустим таких сверхдолгоживущих мутантов в одну и ту же среду, что и нормальных червей. Окажется, что замедленное развитие — характерная черта долгоживущих организмов — обернется тем, что нормальные черви успеют много раз размножиться так, что для потомков нашего героя просто не останется еды! Всего через несколько поколений отпрысков червей с геном долголетия практически не останется.

Не то чтобы я хотел вас отговорить от нашего квеста за долголетием. Давайте тем не менее обсудим все неудобства, возникающие у медленно стареющих животных. Эффект снижения коэффициента размножения дефектов в организме проще всего получить за счет снижения скорости метаболизма, в то время как доля энергии, затрачиваемая на исправление молекулярных повреждений, должна увеличиться. Как мы уже обсудили в разделе про универсальные законы роста, такой организм будет медленнее расти и позже достигнет зрелости, чем его собратья, у которых коэффициент размножения молекулярных дефектов окажется чуточку выше. Чрезмерный рост коэффициента размножения далеко в область неустойчивых значений приведет к быстрому разрушению организма задолго до достижения зрелости.

Мутации, приводящие к небольшим изменениям коэффициента размножения, должны происходить все время, и естественный отбор подберет такие параметры, которые оптимизируют траекторию роста в

https://t.me/medicina_free

зависимости от специфики факторов смертности и конкуренции за ресурсы.

Если время жизни организма ограничено из-за риска инфекционных заболеваний или столкновения с хищниками, то можно даже получить эволюционное преимущество, оперируя организмом в предельно неустойчивом режиме — так, чтобы рост происходил как можно быстрее, а разрушение организма в результате старения происходило медленнее, чем смертность от внешних причин.

Вот почему, возможно, даже в большинстве случаев мы имеем дело с «нормально стареющими», то есть экспоненциально разрушающимися, организмами. У «эволюционно несовершенных» животных — тех, для которых внешние факторы являются определяющими в структуре смертности, — естественный отбор оптимизирует скорость перебора генетических вариантов — признаки, связанные с ростом и размножением в ущерб системам контроля повреждений.

«Генетическая рулетка», работающая на максимальной скорости, при которой все еще возможно деторождение, позволяет сделать больше попыток произвести на свет более приспособленных к факторам среды мутантов.

Как только задача адаптации к новой экологической нише оказывается решена, пусть даже и случайным перебором, нужные признаки должны быть закреплены, а значит, популяция должна перенасытиться удачными представителями. В этот момент преимущества должны получать более устойчивые версии генетической регуляторной сети. Чем устойчивее организм, тем быстрее работают системы ответа на стресс и тем меньше состояние организма отклоняется от нормы под действием стрессов одинаковой же силы.

Вот почему все живые организмы существуют в окрестности точки бифуркации, или так называемой критической точки, с коэффициентом размножения регуляторных ошибок и молекулярных повреждений около единицы. Можно сказать, что силы естественного отбора заставляют всех животных проживать свою жизнь вблизи точки, разделяющей устойчивые и неустойчивые организмы. Иными словами, вблизи точки безразличного равновесия.

https://t.me/medicina_free

Достоверность теорий, основанных на гипотезах, связанных с эволюционным отбором, чрезвычайно трудно проверить экспериментально, не прибегая к компьютерному моделированию. Тем не менее представления о том, что продолжительность жизни может увеличиваться по мере исчезновения факторов риска, таких как инфекционные заболевания или хищники, получила практическое подтверждение.

Вбиологической экологии давно замечено, что на островах, сравнительно недавно изолированных от побережья, зачастую формируются более благоприятные для жизни животных условия. Водные массы, окружающие остров, предотвращают экстремальные сезонные колебания температур. На островах обычно мало не способных к плаванию крупных хищников. Если представления о связи возраста достижения зрелости и риска столкновения с хищниками верны, то у изолированных островных популяций может снижаться скорость старения и увеличиваться продолжительность жизни.

Виргинский опоссум в дикой природе редко доживает до двух лет.

Вневоле эти же животные дотягивают до шести лет и страдают типичными возрастзависимыми заболеваниями: у них снижается репродуктивная способность, происходит потеря массы, развиваются катаракты.

Врезультате наблюдения за популяцией опоссумов в дикой природе при помощи специальных радиомаяков в 1990 году удалось установить, что больше половины животных на воле погибает от хищников, из них две трети — от хищников-млекопитающих, таких как рыси или одичавшие домашние кошки.

Эти особенности сделали опоссума идеальным объектом для естественного экологического эксперимента. Исследование проводили на острове Сапело (штат Джорджия), который отделен от материка примерно 5 милями водной поверхности и болота. На острове отсутствуют такие представляющие опасность для опоссумов хищники, как рысь или потомки домашних кошек.

В1988 году Стивен Остад начал надевать ошейники с

радиомаячками на животных на острове и на материке. Результаты32 демографических и биохимических исследований были опубликованы

https://t.me/medicina_free

в 1993 году33. Выяснилось, что продолжительность жизни животных на острове составила 24,6 месяца против 20 месяцев на материке.

Это на первый взгляд незначительное изменение продолжительности жизни связано не только с отсутствием хищников и возросшими шансами дожить до более преклонного возраста. Демографические данные показывают, что смертность опоссумов экспоненциально нарастает с возрастом, как и у людей. Однако время удвоения риска смерти на острове оказалось почти в два раза выше, чем на материке. Это значит, что старение на острове происходит медленнее.

Заметим, что данные исследования Остада подтверждают наши предположения о связи старения, рисков смерти от внешних причин и устойчивости организма во взрослом состоянии. Снижение вероятности встретиться с хищниками на острове позволяет носителям мутаций, приводящих к перераспределению потоков энергии в пользу регенерации, добиться снижения скорости старения за счет увеличения возраста зрелости.

Предположение о замедлении старения подтверждается и более тонкими наблюдениями. Так, например, животные на материке показывали признаки репродуктивного старения: детеныши опоссума во втором выводке на материке набирали массу медленнее, чем в первом. Ничего подобного не наблюдалось на острове.

Исследование Остада стало одним из первых свидетельств того, что эволюция в состоянии быстро (на отрезках в десятки тысяч лет) подбирать параметры продолжительности жизни животных в зависимости от факторов внешней среды.

Дилемма между скоростью роста и надежностью организма является универсальной проблемой для любых достаточно сложно организованных систем, будь то машины или компании. Так, например, ключевым элементом корпоративной культуры компании Facebook был слоган: «Двигайся быстро, ломай все вокруг». Пренебрежение ошибками в пользу роста, быть может, сыграло ключевую роль в победе Facebook в жесточайшей внутривидовой борьбе за первенство на рынке социальных сетей.

Но то, что хорошо для стартапов в борьбе за доминирование в экологической нише, уже не подходит для зрелой компании-лидера. Как только риск погибнуть, проиграв рынок, уступил рискам,

https://t.me/medicina_free